Research on Biomedical Engineering
https://rbejournal.org/article/doi/10.4322/rbeb.2012.090
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Original Article

Interações não lineares na arborização dendrítica de modelos de motoneurônios

Nonlinear interactions in the dendritic tree of motoneuron models

Rodrigues, Fábio Barbosa; Vieira, Marcus Fraga

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Resumo

Este trabalho tem como objetivo verificar as diferenças funcionais entre sinapses proximais e distais e investigar as interações não line­ ares de ativações sinápticas em modelos de motoneurônios em con­ dições passivas. Os modelos utilizados, implementados em C++ , são uma versão expandida dos desenvolvidos por Vieira e Kohn (2005), com uma arborização dendrítica mais detalhada: 5 ramos dendríti­ cos equivalentes com 17 ou 19 compartimentos dendríticos cada um. Testes verificaram as diferenças funcionais de sinapses que ocorrem próximas ao soma e ao longo do dendrito além de avaliarem o grau de não linearidade de resposta da arborização dendrítica para dife­ rentes ativações sinápticas em diferentes sítios. As diferenças funcio­ nais entre as sinapses proximais e distais foram avaliadas pela injeção de senoides puras em diferentes compartimentos dendríticos. Os re­ sultados mostraram atenuações mais intensas nas altas frequências e frequência de corte mais baixas em compartimentos dendríticos mais distantes do soma. As interações não lineares foram avaliadas apli­ cando entradas sinápticas senoidais com frequências primas entre si, em dois ou mais ramos dendríticos equivalentes simultaneamente e em compartimentos dendríticos diferentes. O espectro de frequên­ cia da corrente efetiva foi analisado, comparando a amplitude do pico das distorções harmônicas e por intermodulação com o pico da frequência fundamental de menor amplitude: quanto menores estas diferenças maior o grau de não linearidade entre as ativações sinápti­ cas em compartimentos dendríticos distintos. Os resultados sugerem expressivo grau de não linearidade entre as entradas sinápticas nos dendritos. Notou­se que, em todas as situações, quando se variou a condutância sináptica, maior foi o grau de não linearidade em relação aos casos em que se variou a corrente sináptica, bem como entradas sinápticas mais próximas eletrotonicamente apresentaram maior grau de não linearidade em relação a entradas sinápticas isoladas eletrotonicamente, o que sugere uma dependência do potencial de membrana

Palavras-chave

Modelo de motoneurônio, Ativação sináptica, Não linearidade sináptica

Abstract

The aim of this work was to verify the functional differences between proximal and distal synapses and to investigate the nonlinear interactions of synaptic activation in models of motoneurons in passive conditions. The models, implemented in C++ , are an expanded version of that developed by Vieira and Kohn (2005), with a more detailed dendritic arborization: five equivalent dendrites with 17 or 19 dendritic compartments each one. Tests verified the functional differences of synapses that occur close to the soma and along the dendrite in addition to evaluating the degree of nonlinearity response from dendritic arborization for different synaptic activation at different sites. The functional differences between the proximal and distal synapses were evaluated by injection of pure sinusoids in different dendritic compartments. The results showed severe attenuation at high frequencies and a lower cut-off frequency in more distant dendritic compartments of the soma. The nonlinear interactions were evaluated by applying sinusoidal synaptic input at prime frequencies with each other in two or more dendritic branches simultaneously and at different dendritic compartments. The frequency spectrum of the effective current was analyzed by comparing the peak amplitude of harmonics and spurious rays with the peak amplitude of the fundamental frequency of smaller amplitude: the smaller these differences are, the greater the degree of nonlinearity between the synaptic activation of distinct dendritic compartments. The results suggest a high degree of nonlinearity between the dendrites. In all situations was noted that when the synaptic conductance was varied, the nonlinearities was greater in relation to the cases in which the synaptic current was varied, and nonlinear summation is expected for synapses located electrotonically close together in relation for electrotonically separated inputs, suggesting a dependence on membrane potential

Keywords

Motoneuron model, Synaptic activation, Synaptic nonlinearity.
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