Влияние структурных характеристик реконструированных мотонейронов на их возбудимость (модельное исследование)

Abstract

С помощью математического моделирования на образцах компьютерной трехмерной реконструкции двух мотонейронов мыши исследовали влияние структурных факторов (суммарной площади мембраны, топических и метрических характеристик дендритного дерева) на возбудимость этих клеток в условиях распределенной тонической синаптической активации. Показано, что у исследованных мотонейронов асимметрия электротонических профилей дендритов была выражена в ограниченной степени. Различия порогов генерации одиночного потенциала действия у этих клеток были незначительными, а пороги инициации ритмического разряда – несколько бóльшими. Несмотря на такие различия, а также существенную разницу структурных характеристик, частота ритмических разрядов и зависимость данной частоты от интенсивности тонического синаптического действия у рассматриваемых образцов мотонейронов оказались весьма близкими. Полученные результаты указывают на относительную ограниченность влияния рассматриваемых структурных факторов на возбудимость исследованных мотонейронов. Высокая сложность и стохастичность дендритного дерева мотонейронов предопределяют простоту паттернов их импульсной активности и ограниченность репертуара таких паттернов.

За допомогою математичного моделювання на зразках комп’ютерної тривимірної реконструкції двох мотонейронов миші досліджували вплив структурних факторів (сумарної площі мембрани, топічних і метричних характеристик дендритного дерева) на збудливість цих клітин в умовах розподіленої тонічної синаптичної активації. Показано, що у досліджених мотонейронів асиметрія електротонічних профілів дендритів була виражена в обмеженій мірі. Відмінності порогів генерації поодинокого потенціалу дії у цих клітин були незначними, а пороги ініціації ритмічного розряду – дещо більшими. Незважаючи на такі розбіжності, а також на істотну відмінність структурних характеристик, частота ритмічних розрядів і залежність даної частоти від інтенсивності тонічної синаптичної дії у розглянутих зразків мотонейронів виявилися досить близькими. Отримані результати вказують на відносну обмеженість впливу розглянутих структурних факторів на збудливість досліджених мотонейронів. Висока складність і стохастичність дендритного дерева мотонейронів визначає простоту патернів їх імпульсної активності та обмеженість репертуару таких патернів.

Using mathematical modeling, we studied the influence of structural factors (total area of the membrane, topical and metrical descriptions of the dendritic tree) on the excitability of two reconstructed (computer-aided 3D reconstruction) murine motoneurons under conditions of distributed tonic synaptic activation. The asymmetry of electrotonic profiles of the dendrites was relatively slightly expressed in these motoneurons. The cells insignificantly differed from each other in the threshold for generation of single action potentials, but the thresholds for initiation of rhythmic firing showed greater differences. In spite of such distinctions and a substantial difference of structural characteristics, the frequency of rhythmic firing and the dependence of this frequency on the intensity of tonic synaptic action in the examined motoneuron samples were rather close to each other. The obtained results indicate that the influence of the examined structural factors on the excitability of studied motoneurons is relatively limited. The high complexity and the stochastic pattern of the dendritic tree of motoneurons predetermine the simplicity of the patterns of their impulse activity and the poor repertoire of such patterns.