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Mecanismos de propagação de atividade epileptiforme em um modelo cortical de grande porte

Processo: 13/25667-8
Linha de fomento:Bolsas no Brasil - Doutorado Direto
Vigência (Início): 01 de abril de 2014
Vigência (Término): 31 de dezembro de 2018
Área do conhecimento:Engenharias - Engenharia Biomédica - Bioengenharia
Pesquisador responsável:Antonio Carlos Roque da Silva Filho
Beneficiário:Rodrigo Felipe de Oliveira Pena
Instituição-sede: Faculdade de Filosofia, Ciências e Letras de Ribeirão Preto (FFCLRP). Universidade de São Paulo (USP). Ribeirão Preto , SP, Brasil
Vinculado ao auxílio:11/50151-0 - Fenômenos dinâmicos em redes complexas: fundamentos e aplicações, AP.TEM
Bolsa(s) vinculada(s):15/09916-3 - Análise da dinâmica de modelos corticais com populações de células heterogêneas, BE.EP.DD
Assunto(s):Neurociências   Redes complexas   Neurociência computacional   Neurônios   Córtex cerebral   Epilepsia

Resumo

Este projeto tem como objetivo a construção de um modelo computacional do córtex cerebral para simular a geração e a propagação de atividade epileptiforme e estudar os mecanismos responsáveis por esses fenômenos com o auxílio de ferramentas de sistemas dinâmicos. O modelo incorporará detalhes em escalas microscópica, descrevendo neurônios com diferentes comportamentos eletrofisiológicos e as conexões sinápticas entre esses neurônios formando um circuito cortical local (módulo), e macroscópica, descrevendo uma rede de módulos interconectados constituindo a estrutura espacial em larga escala do córtex. Cada módulo da rede será composto por neurônios excitatórios e inibitórios conectados de acordo com evidências experimentais sobre a microcircuitaria cortical de mamíferos. Os neurônios serão organizados em camadas, cada uma contendo subpopulações celulares com características eletrofisiológicas específicas baseadas em dados experimentais sobre o córtex. Para reproduzir os diferentes comportamentos de disparo dos neurônios será usado o modelo de Izhikevich. A estrutura macroscópica da rede, segundo evidências experimentais, será hierárquica e modular. A rede será estimulada por variados protocolos de estimulação para induzir comportamentos de tipos normal e epileptiforme. A hipótese adotada é a de que os comportamentos intrínsecos das subpopulações neuronais combinados com as características estruturais microscópicas e macroscópicas da rede influenciam a formação e a propagação de atividade epileptiforme na rede. Serão desenvolvidas equações de campo médio para as subpopulações neuronais e para os módulos do modelo que serão usadas para o estudo analítico da dinâmica da atividade epileptiforme. As medidas propostas para análise dos resultados serão baseadas na atividade global, para que seja possível a direta comparação com registros eletrofisiológicos encontrados na literatura, e local da rede. (AU)

Publicações científicas (7)
(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)
AMORIM, MATEUS R.; PENA, RODRIGO F. O.; SOUZA, GEORGE M. P. R.; BONAGAMBA, LENI G. H.; ROQUE, ANTONIO C.; MACHADO, BENEDITO H. Firing properties of ventral medullary respiratory neurons in sino-aortic denervated rats. Experimental Physiology, v. 104, n. 1, p. 39-49, JAN 2019. Citações Web of Science: 0.
Aplicações da teoria da informação à neurociência. Revista Brasileira de Ensino de Física, v. 41, n. 2, p. -, 2019.
PENA, RODRIGO F. O.; ZAKS, MICHAEL A.; ROQUE, ANTONIO C. Dynamics of spontaneous activity in random networks with multiple neuron subtypes and synaptic noise. Journal of Computational Neuroscience, v. 45, n. 1, p. 1-28, AUG 2018. Citações Web of Science: 0.
PENA, RODRIGO F. O.; CEBALLOS, CESAR C.; LIMA, VINICIUS; ROQUE, ANTONIO C. Interplay of activation kinetics and the derivative conductance determines resonance properties of neurons. Physical Review E, v. 97, n. 4 APR 10 2018. Citações Web of Science: 0.
PENA, RODRIGO F. O.; VELLMER, SEBASTIAN; BERNARDI, DAVIDE; ROQUE, ANTONIO C.; LINDNER, BENJAMIN. Self-Consistent Scheme for Spike-Train Power Spectra in Heterogeneous Sparse Networks. FRONTIERS IN COMPUTATIONAL NEUROSCIENCE, v. 12, MAR 2 2018. Citações Web of Science: 3.
CEBALLOS, CESAR C.; PENA, RODRIGO F. O.; ROQUE, ANTONIO C.; LEAO, RICARDO M. Non-Decaying postsynaptics potentials and delayed spikes in hippocampal pyramidal neurons generated by a zero slope conductance created by the persistent Na+ current. CHANNELS, v. 12, n. 1, p. 81-88, 2018. Citações Web of Science: 0.
TOMOV, PETER; PENA, RODRIGO F. O.; ROQUE, ANTONIO C.; ZAKS, MICHAEL A. Mechanisms of Self-Sustained Oscillatory States in Hierarchical Modular Networks with Mixtures of Electrophysiological Cell Types. FRONTIERS IN COMPUTATIONAL NEUROSCIENCE, v. 10, MAR 23 2016. Citações Web of Science: 3.
Publicações acadêmicas
(Referências obtidas automaticamente das Instituições de Ensino e Pesquisa do Estado de São Paulo)
PENA, Rodrigo Felipe de Oliveira. Emergência de flutuações de atividade em modelos de redes corticais com populações neurais heterogêneas. 2018. Tese de Doutorado - Universidade de São Paulo (USP). Faculdade de Filosofia, Ciências e Letras de Ribeirão Preto Ribeirão Preto.

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