Modèle homéostatique

Les molécules de la matrice extracellulaire (ECM) peuvent moduler l`efficacité de la transmission synaptique et de l`excitabilité neuronale. Ces mécanismes sont cruciaux pour la régulation homéostatique du tir neuronale sur des échelles de temps prolongées. Dans cette étude, nous introduisons un modèle mathématique simple de dopage neuronale équilibré par l`influence de l`ECM. Nous considérons un neurone recevant une entrée synaptique aléatoire sous la forme de trains de pointe de poisson et de l`ECM, qui est modélisé par une variable phénoménologique impliquée dans deux mécanismes de rétroaction. Un mécanisme de rétroaction met à l`échelle les valeurs de la conductance synaptique d`entrée pour compenser les changements de taux de tir. La deuxième rétroaction explique les fluctuations lentes du seuil d`excitation et dépend de la concentration de l`ECM. Nous montrons que la rétroaction induite par l`ECM agit comme un mécanisme robuste pour fournir un ajustement homéostatique du taux de tir moyen. Fait intéressant, l`activation des mécanismes de rétroaction peut conduire à une bistabilité dans laquelle deux niveaux stables différents de taux de tir moyen peuvent coexister dans un réseau de dopage. Nous discutons des mécanismes de la bistabilité et comment ils peuvent être liés à la fonction de mémoire. Jusqu`aux années 1990, le concept d`homéostasie tel qu`il s`applique aux synapses neuronales et aux propriétés intrinsèques était absent de la neurophysiologie.

À cette époque, la preuve avait accumulé que de nombreuses propriétés neuronales telles que la force synaptique et l`excitabilité intrinsèque n`étaient pas fixées, mais présentaient une plasticité dépendante de l`activité. Cette plasticité était souvent caractérisée en termes de potentialisation à long terme ou de dépression et interprétée comme un mécanisme Hebbian pour stocker des souvenirs. Plusieurs découvertes théoriques au début des années 1990 ont montré une exigence supplémentaire pour la modification dépendante de l`activité des propriétés neuronales intrinsèques afin que les neurones puissent développer et maintenir une fonction électrophysiologique appropriée. Cette plasticité non-Hebbian «homéostatique» a également été proposée comme un moyen de réguler l`activité moyenne dans les réseaux neuronaux, empêchant ainsi l`excitation ou la quiescence de fuite qui pourrait survenir si des mécanismes Hebbian existent isolément. Ces idées théoriques ont été rapidement corroborées par des expériences dans des préparations de vertébrés et d`invertébrés qui décrivaient les changements dépendants de l`activité dans les conductances membranaires survenant sur une échelle de temps lente (heures à jours) qui tendaient à stabiliser une régime d`activité tel que l`éclatement rythmique. Plusieurs années plus tard, des processus homéostatiques similaires ont été observés dans des synapses chimiques, tant in vitro qu`in vivo et à des synapses excitatrices et inhibitrices. Une caractéristique importante de l`homéostasie synaptique est la mise à l`échelle [voir ci-dessous] qui garantit que les forces synaptiques relatives sont préservées. Comme avec l`homéostasie intrinsèque, les modèles théoriques de synapti référence: Kazantsev V, Gordleeva S, Stasenko S, Dityatev A (2012) un modèle homéostatique de tir neuronal régi par des signaux de rétroaction de la matrice extracellulaire.

PLoS ONE 7 (7): e41646. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0041646 d`autres facteurs importants sont les récepteurs ECM, tels que les intégrines. Nous supposons que leur concentration R dépend également du niveau d`activité moyen. R est plus élevé si le niveau d`activité neuronale diminue au-dessous d`un niveau critique [16]. En supposant que la production ECM et l`expression des récepteurs ECM sont des processus statistiquement non corrélés, nous décrivons l`impact de l`activation des récepteurs ECM par les molécules ECM sur la force synaptique en tant que variable proportionnelle au produit ZR. Par conséquent, la force synaptique augmente, c.-à-d., il y a une mise à l`échelle synaptique homéostatique si le taux de tir diminue en dessous d`un niveau critique, et la concentration de R est upregulated. Après le circuit de rétroaction ECM, nous proposons le modèle mathématique suivant pour la régulation homéostatique induite par ECM des taux de tir qui comprend un ensemble de trois équations différentielles: pour tenir compte de la régulation homéostatique assistée par ECM, nous avons adopté le circuit de rétroaction suivant (Fig. 3), qui décrit les effets de base de l`influence de l`ECM sur l`excitabilité neuronale et l`efficacité de la transmission synaptique [1], [7], [16].

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