Estudo da dinâmica de disparos neuronais
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Data de Publicação: | 2024 |
Tipo de documento: | Dissertação |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UEPG |
Texto Completo: | http://tede2.uepg.br/jspui/handle/prefix/4208 |
Resumo: | O cérebro humano exibe uma ampla variedade de padrões dinâmicos, desde ocilações sincro- nizadas durante o sono ou no processo de aprendizagem, até padrões dinâmicos de disparos dessincronizados durante a execução de uma atividade física. No entanto, essas atividades fisiológicas podem coexistir com atividades altamente sincronizadas que levam a patologias neurológicas. Neste trabalho, utilizamos o modelo Hodgkin-Huxley para simular o potencial de um ou mais neurônios e assim estudar possíveis comportamentos dinâmicos sob o efeito do fluxo dos íons de potássio lento e cálcio. Em nossa primeira abordagem observamos que, em um neurônio, a condutância de potássio lento atua como um adaptador da frequência de disparos do potencial de ação da célula nervosa. Em contrapartida, nossos resultados apontam que as condutâncias de cálcio de alto limiar e cálcio de baixo limiar não produzem efeito na frequência de disparos. No entanto, ao analisar o coeficiente de variação, percebemos como certas combinações de valores de potássio lento e cálcio de alto e baixo limiar podem promover uma transição de comportamento dinâmico de disparos assíncronos para atividades sincronizadas de "bursts". Em seguida, abordamos o comportamento de uma rede neuronal composta por mil neurônios. Através do parâmetro de ordem de Kuramoto, estudamos como a intensidade de acoplamento é responsável por influenciar diretamente no comportamento dinâmico da rede neuronal, promovendo a transição de atividades assíncronas de disparos para comportamentos dinâmicos sincronizados de "bursts" para o mesmo valor de corrente externa. Em uma última análise, estudamos o papel do fluxo iônico de potássio lento no comportamento dinâmico da rede. Observamos que, a presença de potássio lento na rede, com a variação da intensidade de acoplamento, promove a ocorrência de regiões de biestabilidade na rede, ou seja, regiões onde atividades assíncronas de disparos coexistem com atividades sincronizadas de "burst". Os resultados obtidos neste trabalho ampliam o conhecimento sobre as complexas interações iônicas presentes em uma rede neuronal. Além de estabelecer uma conexão direta com a neurobiologia, sendo útil a medida que propõe possíveis intervenções experimentais que podem ser empiricamente testadas. |
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Estudo da dinâmica de disparos neuronais. 2024. Dissertação (Mestrado em Ciências) - Universidade Estadual de Ponta Grossa, Ponta Grossa, 2024.http://tede2.uepg.br/jspui/handle/prefix/4208O cérebro humano exibe uma ampla variedade de padrões dinâmicos, desde ocilações sincro- nizadas durante o sono ou no processo de aprendizagem, até padrões dinâmicos de disparos dessincronizados durante a execução de uma atividade física. No entanto, essas atividades fisiológicas podem coexistir com atividades altamente sincronizadas que levam a patologias neurológicas. Neste trabalho, utilizamos o modelo Hodgkin-Huxley para simular o potencial de um ou mais neurônios e assim estudar possíveis comportamentos dinâmicos sob o efeito do fluxo dos íons de potássio lento e cálcio. Em nossa primeira abordagem observamos que, em um neurônio, a condutância de potássio lento atua como um adaptador da frequência de disparos do potencial de ação da célula nervosa. Em contrapartida, nossos resultados apontam que as condutâncias de cálcio de alto limiar e cálcio de baixo limiar não produzem efeito na frequência de disparos. No entanto, ao analisar o coeficiente de variação, percebemos como certas combinações de valores de potássio lento e cálcio de alto e baixo limiar podem promover uma transição de comportamento dinâmico de disparos assíncronos para atividades sincronizadas de "bursts". Em seguida, abordamos o comportamento de uma rede neuronal composta por mil neurônios. Através do parâmetro de ordem de Kuramoto, estudamos como a intensidade de acoplamento é responsável por influenciar diretamente no comportamento dinâmico da rede neuronal, promovendo a transição de atividades assíncronas de disparos para comportamentos dinâmicos sincronizados de "bursts" para o mesmo valor de corrente externa. Em uma última análise, estudamos o papel do fluxo iônico de potássio lento no comportamento dinâmico da rede. Observamos que, a presença de potássio lento na rede, com a variação da intensidade de acoplamento, promove a ocorrência de regiões de biestabilidade na rede, ou seja, regiões onde atividades assíncronas de disparos coexistem com atividades sincronizadas de "burst". Os resultados obtidos neste trabalho ampliam o conhecimento sobre as complexas interações iônicas presentes em uma rede neuronal. Além de estabelecer uma conexão direta com a neurobiologia, sendo útil a medida que propõe possíveis intervenções experimentais que podem ser empiricamente testadas.The human brain displays a wide variety of firing patterns, from synchronized oscillations during sleep or the learning process to asynchronous dynamic behaviour during physical activity. However, physiological activity can coexist with higly synchronous activities that can promote neurological disorders. In this work, we use the Hodgkin-Huxley model to simulate the potential of one or more neurons to study the possible dynamic behaviours under the effect of slow potassium and calcium ions flux. In our first approach, we conclude that, in one neuron, the slow potassium conductance can promote an adaptation in the firing rate of the membrane potential. However, the high-threshold calcium and the low-threshold calcium have no effect on the firing rate. On the other hand, when we analyze the coefficient of variation, we observe how certain combinations of slow potassium and calcium ion values can promote a transition in the neuron dynamics, from asynchronous firing patterns to synchronous burst activities. Subsequently, we evaluated the behavior of a neuronal network composed of a thousand neurons. Through the Kuramoto order parameter, we studied how the coupling intensity can influence directly the neuronal network dynamic behavior, promoting a transition between firing asynchronous activities to synchronous burst. Lastly, we studied the role of slow potassium ion in the dynamic behavior transition of the neuronal network. We show that the presence of slow potassium conductance in the neuronal network, along with the variation in the value of couple intensity, promotes a bistable regime in some regions of the network. In that, asynchronous firing dynamics coexist with synchronous burst activities. Our results extend our understanding of the intricate ionic interactions present in a neuronal network. Furthermore, it can establish a direct connection with neurobiology, providing potential experimental interventions that can be tested empirically.Submitted by Angela Maria de Oliveira (amolivei@uepg.br) on 2024-04-29T16:31:55Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) Lucas Eduardo Bentivoglio.pdf: 5004529 bytes, checksum: 12be8d30b4ac69eff955c643d556661c (MD5)Made available in DSpace on 2024-04-29T16:31:59Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) Lucas Eduardo Bentivoglio.pdf: 5004529 bytes, checksum: 12be8d30b4ac69eff955c643d556661c (MD5) Previous issue date: 2024-03-20Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível SuperiorporUniversidade Estadual de Ponta GrossaPrograma de Pós-Graduação em CiênciasUEPGBrasilSetor de Ciências Exatas e NaturaisAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessCNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRAComportamento dinâmicoNeurônioRede NeuronalSincronizaçãoDynamic BehaviorNeuronNeuronal networkSynchronizationEstudo da dinâmica de disparos neuronaisinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UEPGinstname:Universidade Estadual de Ponta Grossa (UEPG)instacron:UEPGLICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-81866http://tede2.uepg.br/jspui/bitstream/prefix/4208/3/license.txt43cd690d6a359e86c1fe3d5b7cba0c9bMD53CC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8811http://tede2.uepg.br/jspui/bitstream/prefix/4208/2/license_rdfe39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34MD52ORIGINALLucas Eduardo Bentivoglio.pdfLucas Eduardo Bentivoglio.pdfdissertação completa em pdfapplication/pdf5004529http://tede2.uepg.br/jspui/bitstream/prefix/4208/1/Lucas%20Eduardo%20Bentivoglio.pdf12be8d30b4ac69eff955c643d556661cMD51prefix/42082024-04-29 13:31:59.472oai:tede2.uepg.br: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 Digital de Teses e Dissertaçõeshttps://tede2.uepg.br/jspui/PUBhttp://tede2.uepg.br/oai/requestbicen@uepg.br||mv_fidelis@yahoo.com.bropendoar:2024-04-29T16:31:59Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UEPG - Universidade Estadual de Ponta Grossa (UEPG)false |
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Batista, Antonio Marcos Lenzi, Ervin Kaminski Sales, Matheus Rolim |
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CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA Comportamento dinâmico Neurônio Rede Neuronal Sincronização Dynamic Behavior Neuron Neuronal network Synchronization |
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Comportamento dinâmico Neurônio Rede Neuronal Sincronização Dynamic Behavior Neuron Neuronal network Synchronization |
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O cérebro humano exibe uma ampla variedade de padrões dinâmicos, desde ocilações sincro- nizadas durante o sono ou no processo de aprendizagem, até padrões dinâmicos de disparos dessincronizados durante a execução de uma atividade física. No entanto, essas atividades fisiológicas podem coexistir com atividades altamente sincronizadas que levam a patologias neurológicas. Neste trabalho, utilizamos o modelo Hodgkin-Huxley para simular o potencial de um ou mais neurônios e assim estudar possíveis comportamentos dinâmicos sob o efeito do fluxo dos íons de potássio lento e cálcio. Em nossa primeira abordagem observamos que, em um neurônio, a condutância de potássio lento atua como um adaptador da frequência de disparos do potencial de ação da célula nervosa. Em contrapartida, nossos resultados apontam que as condutâncias de cálcio de alto limiar e cálcio de baixo limiar não produzem efeito na frequência de disparos. No entanto, ao analisar o coeficiente de variação, percebemos como certas combinações de valores de potássio lento e cálcio de alto e baixo limiar podem promover uma transição de comportamento dinâmico de disparos assíncronos para atividades sincronizadas de "bursts". Em seguida, abordamos o comportamento de uma rede neuronal composta por mil neurônios. Através do parâmetro de ordem de Kuramoto, estudamos como a intensidade de acoplamento é responsável por influenciar diretamente no comportamento dinâmico da rede neuronal, promovendo a transição de atividades assíncronas de disparos para comportamentos dinâmicos sincronizados de "bursts" para o mesmo valor de corrente externa. Em uma última análise, estudamos o papel do fluxo iônico de potássio lento no comportamento dinâmico da rede. Observamos que, a presença de potássio lento na rede, com a variação da intensidade de acoplamento, promove a ocorrência de regiões de biestabilidade na rede, ou seja, regiões onde atividades assíncronas de disparos coexistem com atividades sincronizadas de "burst". Os resultados obtidos neste trabalho ampliam o conhecimento sobre as complexas interações iônicas presentes em uma rede neuronal. Além de estabelecer uma conexão direta com a neurobiologia, sendo útil a medida que propõe possíveis intervenções experimentais que podem ser empiricamente testadas. |
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2024 |
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