Эквивалентная электрическая модель нейрона

Август 1, 2022

Главная
Биология
Эквивалентная электрическая модель нейрона

Содержание

2. Модельный сферический нейрон по Дж. Экклсу Diagram indicating the specific orientation of seven dendritic cylinders. Relative
3. Модельный сферический нейрон по Дж. Экклсу Сферический нейрон (с диаметром сомы 200 мкм) имеет семь отростков
4. «Дихотомическая» модель Ролла (W. Rall) Реальные потенциалы на «выходе» нейрона описывались не одной, а суммой двух
5. Моделирование интегративных свойств нейрона Partial geometry of a neuron in the CNS revealing the cell body
6. Моделирование интегративных свойств нейрона Electrical circuit equivalent of the membrane of a segment of a neuron.
7. «Дихотомическая» модель Ролла (W. Rall) http://www.scholarpedia.org/article/Rall_model (А) Модель нейрона с дендритами (модель Ролла), числа слева -
8. «Дихотомическая» модель Ролла (W. Rall) Форма синаптических потенциалов, рассчитанных по модели Ролла Оценивают два параметра –
9. «Дихотомическая» модель Ролла (W. Rall) Форма синаптических потенциалов, рассчитанных по модели Ролла ВПСП при разном удалении
10. «Дихотомическая» модель Ролла (W. Rall) Форма ВПСП в мотонейронах спинного мозга Серия ВПСП, зарегистрированных при разном
11. Электрические свойства мембраны нейрона Электрические свойства (входное сопротивление, Rвх) различных участков мембраны нейрона (сома, дендриты) значительно
12. Электрические свойства мембраны нейрона Зависимость порогового тока (synaptic current) от входного сопротивления (input resistance). Виртуальная гиперболическая
13. Генерация ПД в нейроне Потенциалы действия мотонейрона при различных способах стимуляции: А - антидромный; Б -
14. Генерация ПД в нейроне При антидромной стимуляции при различных уровнях фиксации тока выделяются три отдельных компонента:
15. Генерация ПД в нейроне При антидромной стимуляции при различных уровнях фиксации тока выделяются три отдельных компонента:
16. 1. Генерация собственной активности (в любом фрагменте нейрона за счет вольт-зависимых свойств мембраны и внутренних путей
18. I II
19. Fi = 1/∆ti
20. I II
23. I II
27. Суммарная активность мозга (ЭЭГ) При активации синапсов поверхностные слои коры заряжены отрицательно, и электрод, расположенный на
28. Суммарная активность мозга (ЭЭГ) Полярность потенциалов в зависимости от локализации активирующих входов на функциональных сегментах нейрона.
29. Суммарная активность мозга (ЭЭГ) Суммарная электрическая активность представляет собой синхронизированные постсинаптические потенциалы.
30. Синхронизация ЭЭГ (слева от линии) сменяется десинхронизацией ЭЭГ (справа от линии) при сенсорном воздействии
34. Распределение потенциала плоскопараллельного диполя Открытое дендритное поле (сома нейронов возбуждена)
35. Распределение потенциала сферического диполя Закрытое дендритное поле в соме торможение в соме возбуждение
36. Распределение потенциала полусферического диполя Полузакрытое дендритное поле
37. Структура сетчатки позвоночных
40. Сложная пространственная конфигурация коры мозга затрудняет интерпретацию потенциалов, регистрируемых с поверхности головы Срез затылочного полюса мозга
41. Слоистое строение зрительной коры мозга (как и строение сетчатки лягушки) надо учитывать при интерпретации потенциалов, регистрируемых
43. Скачать презентацию

Слайд 2

Модельный сферический нейрон по Дж. Экклсу
Diagram indicating the specific orientation of

seven dendritic cylinders. Relative to one dendrite at the north pole, three are equally spaced at an angle of 600, and three are intermediately spaced around the equator.

Слайд 3

Модельный сферический нейрон по Дж. Экклсу
Сферический нейрон (с диаметром сомы 200

мкм) имеет семь отростков (условных «дендритов») цилиндрической формы длиной 200 мкм и диаметром 5 мкм. При стимуляции одного из «дендритов» импульсом прямоугольного тока в «соме» генерируется сигнал, приблизительно описываемый экспонентой.

Слайд 4

«Дихотомическая» модель Ролла (W. Rall)
Реальные потенциалы на «выходе» нейрона описывались не

одной, а суммой двух и более экспонент.
А - модель Ролла учитывает вклад дихотомически ветвящихся дендритов.
Б - слои дихотомического дендритного дерева формируют последовательно соединенные ячейки с условием
Σ(di3/2) = const.
Каждая ячейка представляет собой электрический модуль, включающий мембранную емкость (Сm), источники возбудительных (GВ) и тормозных (GТ) синаптических влияний, а также потенциал покоя (GП).
Расстояние в модели измеряется в единицах постоянной длины волокна (x/λ), а время – в единицах постоянной времени мембраны (t/τ).

Слайд 5

Моделирование интегративных свойств нейрона
Partial geometry of a neuron in the CNS

revealing the cell body and pattern of dendritic branching.
(B) The neuron modeled as a sphere connected to a series of cylinders, each of which represents the specific electrical properties of a dendritic segment.
(C) Segments linked with resistors representing the intracellular resistance between segments, with each segment represented by the parallel combination of the membrane capacitance and the total membrane conductance.
(D) Electrical circuit equivalent of the membrane of a segment of a neuron. The segment has a membrane potential V and a membrane capacitance Cm. Currents arise from three sources: (1) m voltage-dependent conductances (gvd1–gvdm), (2) n conductances due to electrical synapses (ges1–gesn), and (3) n times o time-dependent conductances due to chemical synapses with each of the n presynaptic neurons (gcs1,1–gcsn,o). Evd and Ecs are constants and represent the values of the equilibrium potential for currents due to voltage-dependent conductances and chemical synapses, respectively. V1–Vn represent the value of the membrane potential of the coupled cells. Reprinted with permission from Ziv et al. (1994).

Слайд 6

Моделирование интегративных свойств нейрона
Electrical circuit equivalent of the membrane of a

segment of a neuron.
The segment has a membrane potential V and a membrane capacitance Cm.
Currents arise from three sources:
1) m voltage-dependent conductances (gvd1–gvdm),
2) n conductances due to electrical synapses (ges1–gesn)
3) n times o time-dependent conductances due to chemical synapses with each of the n presynaptic neurons (gcs1,1–gcsn,o).
Evd and Ecs are constants and represent the values of the equilibrium potential for currents due to voltage-dependent conductances and chemical synapses, respectively.
V1–Vn represent the value of the membrane potential of the coupled cells.

Слайд 7

«Дихотомическая» модель Ролла (W. Rall) http://www.scholarpedia.org/article/Rall_model
(А) Модель нейрона с дендритами (модель

Ролла), числа слева - диаметры дендритов в условных единицах модели.
(Б) На схеме показано формальное преобразование слоев дендритов в эквивалентную цепь одинаковых «ячеек». В модели ВПСП «регистрировали» в соме (отсек 1).
(В) Графики отражают расчетные ВПСП сомы нейрона при «синаптической стимуляции» 1, 5 и 9-го отсеков (отмечено цветом на Б). Несмотря на различия в начальной фазе все ВПСП сливаются на нисходящей фазе (отмечено стрелкой).
(по Rall W. (1967) J. Neurophysiol. 30:1138–1168)

Слайд 8

«Дихотомическая» модель Ролла (W. Rall)
Форма синаптических потенциалов, рассчитанных по модели Ролла
Оценивают

два параметра – пиковую латентность (ПЛ) и время полуамплитуды (ТАmax/2, длительность фрагмента ВПСП, когда его амплитуда составляет больше половины максимального значения).

TAmax/2

ПЛ

Amax/2

Слайд 9

«Дихотомическая» модель Ролла (W. Rall)
Форма синаптических потенциалов, рассчитанных по модели Ролла
ВПСП

при разном удалении места стимуляции от сомы нейрона. Чем дальше удалены активируемые синапсы от сомы нейрона, тем больше пиковая латентность и время полуамплитуды ВПСП:
I - ВПСП при равных входах для всех 10 отсеков;
II - ВПСП в отсеке 1 при входе в этом же отсеке;
III - ВПСП в отсеке 1 при входе в отсеке 4;
IV - ВПСП в отсеке 1 при входе в отсеке 8.

Слайд 10

«Дихотомическая» модель Ролла (W. Rall)
Форма ВПСП в мотонейронах спинного мозга
Серия ВПСП,

зарегистрированных при разном удалении места стимуляции от сомы мотонейрона спинного мозга:
А – «дальняя» стимуляция
Б,В – «ближняя» стимуляция
Чем дальше удалены активируемые синапсы от сомы нейрона, тем больше пиковая латентность и время полуамплитуды ВПСП (длина красного пунктира).

«ближняя» « дальняя»

«дальняя» «ближняя»

Слайд 11

Электрические свойства мембраны нейрона
Электрические свойства (входное сопротивление, Rвх) различных участков мембраны

нейрона (сома, дендриты) значительно варьируют.
По мере удаления от сомы Rвх мембраны монотонно возрастает.

График зависимости порогового (Iп) тока от входного сопротивления (Rвх) представляет собой гиперболу (y = k/x, xy = k).
Таким образом, исходя из гиперболической зависимости Vп = Iп Rвх = const, т.е. все участки мембраны имеют одинаковую величину порогового (для генерации ПД) потенциала.

по Шульговский и др., 1975

по Аршавский и др., 1966

Слайд 12

Электрические свойства мембраны нейрона
Зависимость порогового тока (synaptic current) от входного сопротивления

(input resistance).
Виртуальная гиперболическая аппроксимация близка к представленной на предыдущем слайде.

по Binder et al., 1998. J. Neurophysiol. 80: 241-248

Слайд 13

Генерация ПД в нейроне
Потенциалы действия мотонейрона при различных способах стимуляции:
А -

антидромный;
Б - синаптический;
В - при пропускании тока через микроэлектрод.
Независимо от способа стимуляции ПД имеют одинаковую форму. Внизу приведены продифференцированные (через RC-цепочку) ПД. Отчетливо выделяется неоднородность переднего фронта ПД, т.е. ПД состоит из двух компонентов - начального препотенциала и собственно ПД.

Слайд 14

Генерация ПД в нейроне
При антидромной стимуляции при различных уровнях фиксации тока

выделяются три отдельных компонента:

При суммации синаптических влияний наименьший порог имеет мембрана аксонного холмика (начального сегмента), где и возникает НС-потенциал, достигающий порога критической деполяризации, после чего развивается СД-потенциал.
-87 мВ – потенциал малой (около 5 мВ) амплитуды (предположительно в первом перехвате Ранвье), воспроизводящий высокую (до 500 гц) частоту стимуляции;
-80-82 мВ – потенциал начального сегмента (НС-потенциал) с амплитудой 30-40 мВ;
-78 мВ и выше – ПД (сома-дендритный, СД-потенциал).

Слайд 15

Генерация ПД в нейроне
При антидромной стимуляции при различных уровнях фиксации тока

выделяются три отдельных компонента:

Слайд 16

1. Генерация собственной активности (в любом фрагменте нейрона за счет вольт-зависимых

свойств мембраны и внутренних путей сигнализации при участии вторичных посредников).
2. Активация синаптических входов (главным образом в дендритах, в некоторой степени на соме нейрона и в некоторых случаях на аксонном холмике, начальном сегменте и аксонной терминали).
3. Интеграция всех перечисленных сигналов.
4. Кодирование выходных паттернов градуальных потенциалов (ВПСП, ТПСП) или ПД.
5. Синаптический выход (из аксонной терминали, в некоторых случаях из сомы и дендритов).

Слайд 17

Слайд 18

I
II

Слайд 19

Fi = 1/∆ti

Слайд 20

I
II

Слайд 21

Слайд 22

Слайд 23

I
II

Слайд 24

Слайд 25

Слайд 26

Слайд 27

Суммарная активность мозга (ЭЭГ)
При активации синапсов поверхностные слои коры заряжены отрицательно,

и электрод, расположенный на поверхности черепа, регистрирует отрицательный потенциал.

Слайд 28

Суммарная активность мозга (ЭЭГ)
Полярность потенциалов в зависимости от локализации активирующих входов

на функциональных сегментах нейрона.
Негативность - вверх, позитивность – вниз.

Слайд 29

Суммарная активность мозга (ЭЭГ)
Суммарная электрическая активность представляет собой синхронизированные постсинаптические потенциалы.

Слайд 30

Синхронизация ЭЭГ (слева от линии) сменяется десинхронизацией ЭЭГ (справа от линии)

при сенсорном воздействии

Слайд 31

Слайд 32

Слайд 33

Слайд 34

Распределение потенциала плоскопараллельного диполя Открытое дендритное поле (сома нейронов возбуждена)

Слайд 35

Распределение потенциала сферического диполя Закрытое дендритное поле
в соме торможение в соме возбуждение

Слайд 36

Распределение потенциала полусферического диполя Полузакрытое дендритное поле

Слайд 37

Структура сетчатки позвоночных

Слайд 38

Слайд 39

Слайд 40

Сложная пространственная конфигурация коры мозга затрудняет интерпретацию потенциалов, регистрируемых с поверхности

головы

Срез затылочного полюса мозга макака (вид сверху)

Слайд 41

Слоистое строение зрительной коры мозга (как и строение сетчатки лягушки) надо

учитывать при интерпретации потенциалов, регистрируемых с поверхности головы.

Колонки глазодоминантности зрительной коры макака. Темные полосы соответствуют участкам коры, активируемых через один из глаз.

Эквивалентная электрическая модель нейрона

Содержание

Модельный сферический нейрон по Дж. ЭкклсуDiagram indicating the specific orientation of

Модельный сферический нейрон по Дж. ЭкклсуСферический нейрон (с диаметром сомы 200

«Дихотомическая» модель Ролла (W. Rall)Реальные потенциалы на «выходе» нейрона описывались не

Моделирование интегративных свойств нейронаPartial geometry of a neuron in the CNS

Моделирование интегративных свойств нейронаElectrical circuit equivalent of the membrane of a

«Дихотомическая» модель Ролла (W. Rall) http://www.scholarpedia.org/article/Rall_model(А) Модель нейрона с дендритами (модель

«Дихотомическая» модель Ролла (W. Rall)Форма синаптических потенциалов, рассчитанных по модели РоллаОценивают

«Дихотомическая» модель Ролла (W. Rall)Форма синаптических потенциалов, рассчитанных по модели РоллаВПСП

«Дихотомическая» модель Ролла (W. Rall)Форма ВПСП в мотонейронах спинного мозгаСерия ВПСП,

Электрические свойства мембраны нейронаЭлектрические свойства (входное сопротивление, Rвх) различных участков мембраны

Электрические свойства мембраны нейронаЗависимость порогового тока (synaptic current) от входного сопротивления

Генерация ПД в нейронеПотенциалы действия мотонейрона при различных способах стимуляции:А -

Генерация ПД в нейронеПри антидромной стимуляции при различных уровнях фиксации тока

Генерация ПД в нейронеПри антидромной стимуляции при различных уровнях фиксации тока

1. Генерация собственной активности (в любом фрагменте нейрона за счет вольт-зависимых

III

Fi = 1/∆ti

III

III

Суммарная активность мозга (ЭЭГ)При активации синапсов поверхностные слои коры заряжены отрицательно,

Суммарная активность мозга (ЭЭГ)Полярность потенциалов в зависимости от локализации активирующих входов

Суммарная активность мозга (ЭЭГ)Суммарная электрическая активность представляет собой синхронизированные постсинаптические потенциалы.

Синхронизация ЭЭГ (слева от линии) сменяется десинхронизацией ЭЭГ (справа от линии)

Распределение потенциала плоскопараллельного диполя Открытое дендритное поле (сома нейронов возбуждена)

Распределение потенциала сферического диполя Закрытое дендритное полев соме торможение в соме возбуждение

Распределение потенциала полусферического диполя Полузакрытое дендритное поле

Структура сетчатки позвоночных

Сложная пространственная конфигурация коры мозга затрудняет интерпретацию потенциалов, регистрируемых с поверхности

Слоистое строение зрительной коры мозга (как и строение сетчатки лягушки) надо

Похожие презентации

Модельный сферический нейрон по Дж. Экклсу
Diagram indicating the specific orientation of

Модельный сферический нейрон по Дж. Экклсу
Сферический нейрон (с диаметром сомы 200

«Дихотомическая» модель Ролла (W. Rall)
Реальные потенциалы на «выходе» нейрона описывались не

Моделирование интегративных свойств нейрона
Partial geometry of a neuron in the CNS

Моделирование интегративных свойств нейрона
Electrical circuit equivalent of the membrane of a

«Дихотомическая» модель Ролла (W. Rall) http://www.scholarpedia.org/article/Rall_model
(А) Модель нейрона с дендритами (модель

«Дихотомическая» модель Ролла (W. Rall)
Форма синаптических потенциалов, рассчитанных по модели Ролла
Оценивают

«Дихотомическая» модель Ролла (W. Rall)
Форма синаптических потенциалов, рассчитанных по модели Ролла
ВПСП

«Дихотомическая» модель Ролла (W. Rall)
Форма ВПСП в мотонейронах спинного мозга
Серия ВПСП,

Электрические свойства мембраны нейрона
Электрические свойства (входное сопротивление, Rвх) различных участков мембраны

Электрические свойства мембраны нейрона
Зависимость порогового тока (synaptic current) от входного сопротивления

Генерация ПД в нейроне
Потенциалы действия мотонейрона при различных способах стимуляции:
А -

Генерация ПД в нейроне
При антидромной стимуляции при различных уровнях фиксации тока

Генерация ПД в нейроне
При антидромной стимуляции при различных уровнях фиксации тока

I
II

I
II

I
II

Суммарная активность мозга (ЭЭГ)
При активации синапсов поверхностные слои коры заряжены отрицательно,

Суммарная активность мозга (ЭЭГ)
Полярность потенциалов в зависимости от локализации активирующих входов

Суммарная активность мозга (ЭЭГ)
Суммарная электрическая активность представляет собой синхронизированные постсинаптические потенциалы.

Распределение потенциала сферического диполя Закрытое дендритное поле
в соме торможение в соме возбуждение