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

• Processo: 13/25667-8
• Modalidade de apoio: 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 Neurônios Córtex cerebral Epilepsia
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: córtex cerebral | epilepsia | modelagem de neurônios | Modelagem do Cérebro | neurociência computacional | Redes Complexas | Neurociência Computacional

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

(18)

(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)

PENA, R. F. O.; LIMA, V.; SHIMOURA, R. O.; CEBALLOS, C. C.; ROTSTEIN, H. G.; ROQUE, A. C.. Asymmetrical voltage response in resonant neurons shaped by nonlinearities. Chaos, v. 29, n. 10, OCT 2019. (15/50122-0, 17/05874-0, 13/07699-0, 13/25667-8)

BORGES, F. S.; PROTACHEVICZ, P. R.; PENA, R. F. O.; LAMEU, E. L.; HIGA, V, G. S.; KIHARA, J. A. H.; MATIAS, F. S.; ANTONOPOULOS, C. G.; DE PASQUALE, R.; ROQUE, A. C.; et al. Self-sustained activity of low firing rate in balanced networks. PHYSICA A-STATISTICAL MECHANICS AND ITS APPLICATIONS, v. 537, JAN 1 2020. (16/23398-8, 13/07699-0, 15/50122-0, 17/18977-1, 15/07311-7, 11/19296-1, 17/13502-5, 17/20920-8, 17/26439-0, 13/25667-8)

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. (15/50122-0, 13/25667-8, 13/07699-0)

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. (13/07699-0, 13/25667-8, 16/01607-4)

LIMA, VINICIUS; PENA, RODRIGO F. O.; SHIMOURA, RENAN O.; KAMIJI, NILTON L.; CEBALLOS, CESAR C.; BORGES, FERNANDO S.; HIGA, GUILHERME S. V.; DE PASQUALE, ROBERTO; ROQUE, ANTONIO C.. Modeling and characterizing stochastic neurons based on in vitro voltage-dependent spike probability functions. European Physical Journal-Special Topics, JUN 2021. (17/07688-9, 19/14962-5, 15/50122-0, 18/20277-0, 17/18977-1, 11/50151-0, 16/03855-5, 13/25667-8, 13/07699-0)

SHIMOURA, RENAN OLIVEIRA; PENA, RODRIGO F. O.; LIMA, VINICIUS; KAMIJI, NILTON L.; GIRARDI-SCHAPPO, MAURICIO; ROQUE, ANTONIO C.. Building a model of the brain: from detailed connectivity maps to network organization. European Physical Journal-Special Topics, v. 230, n. 14-15, p. 2887-2909, OCT 2021. (13/25667-8, 17/07688-9, 18/09150-9, 18/20277-0, 16/03855-5, 13/07699-0, 15/50122-0)

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. (13/07699-0, 15/09916-3, 13/25667-8)

PENA, RODRIGO F. O.; LIMA, VINICIUS; O. SHIMOURA, RENAN; PAULO NOVATO, JOAO; ROQUE, ANTONIO C.. Optimal Interplay between Synaptic Strengths and Network Structure Enhances Activity Fluctuations and Information Propagation in Hierarchical Modular Networks. BRAIN SCIENCES, v. 10, n. 4, APR 2020. (13/07699-0, 15/50122-0, 17/07688-9, 18/20277-0, 17/05874-0, 13/25667-8)

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, p. 10-pg., 2018-04-10. (17/05874-0, 13/07699-0, 15/50122-0, 13/25667-8)

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. (15/50122-0, 13/25667-8, 17/05874-0, 13/07699-0)

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. (13/25667-8, 13/07699-0, 15/50122-0)

SHIMOURA, RENAN OLIVEIRA; PENA, RODRIGO F. O.; LIMA, VINICIUS; KAMIJI, NILTON L.; GIRARDI-SCHAPPO, MAURICIO; ROQUE, ANTONIO C.. Building a model of the brain: from detailed connectivity maps to network organization. European Physical Journal-Special Topics, JUN 2021. (17/07688-9, 18/09150-9, 15/50122-0, 18/20277-0, 16/03855-5, 13/25667-8, 13/07699-0)

PENA, RODRIGO F. O.; CEBALLOS, CESAR CELIS; DE DEUS, JUNIA LARA; ROQUE, ANTONIO CARLOS; GARCIA-CAIRASCO, NORBERTO; LEAO, RICARDO MAURICIO; SIQUEIRA CUNHA, ALEXANDRA OLIMPIO. Modeling Hippocampal CA1 Gabaergic Synapses of Audiogenic Rats. International Journal of Neural Systems, v. 30, n. 5, MAY 2020. (15/22327-7, 13/07699-0, 15/50122-0, 16/01607-4, 07/50261-4, 13/25667-8)

LIMA, VINICIUS; PENA, RODRIGO F. O.; SHIMOURA, RENAN O.; KAMIJI, NILTON L.; CEBALLOS, CESAR C.; BORGES, FERNANDO S.; HIGA, GUILHERME S. V.; DE PASQUALE, ROBERTO; ROQUE, ANTONIO C.. Modeling and characterizing stochastic neurons based on in vitro voltage-dependent spike probability functions. European Physical Journal-Special Topics, v. 230, n. 14-15, p. 2963-2972, OCT 2021. (17/18977-1, 11/50151-0, 13/25667-8, 17/07688-9, 18/20277-0, 16/03855-5, 19/14962-5, 13/07699-0, 15/50122-0)

CEBALLOS, CESAR C.; PENA, RODRIGO F. O.; ROQUE, ANTONIO C.. Impact of the activation rate of the hyperpolarization-activated current I-h on the neuronal membrane time constant and synaptic potential duration. European Physical Journal-Special Topics, v. 230, n. 14-15, p. 2951-2961, OCT 2021. (11/50151-0, 13/07699-0, 13/25667-8, 15/50122-0)

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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. (13/06077-5, 15/50122-0, 13/15195-1, 13/07699-0, 13/25667-8)

VINÍCIUS LIMA CORDEIRO; RODRIGO FELIPE DE OLIVEIRA PENA; CESAR AUGUSTO CELIS CEBALLOS; RENAN OLIVEIRA SHIMOURA; ANTONIO CARLOS ROQUE. Aplicações da teoria da informação à neurociência. Revista Brasileira de Ensino de Física, v. 41, n. 2, 2018-11-29. (17/05874-0, 13/07699-0, 15/50122-0, 17/07688-9, 13/25667-8)

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 (PCARP/BC) Ribeirão Preto.