Dissecação dinâmica de condutâncias iônicas em tempo real

• Ano de defesa: 2011
• Autor(a) principal: Viegas, Rafael Giordano
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Codificação neural; Dynamic Clamp; Dynamic clamp; Gânglio estomatogástrico; Information theory; Modelagem realista de neurônios; Neural coding; Realistic neural modeling; Stomatogastric ganglion; Teoria da informação
• Link de acesso: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/76/76131/tde-19042011-100658/

Investigamos o papel de condutâncias iônicas lentas na transmissão/codificação de informação entre neurônios que disparam em rajadas ou bursts. Para isso, desenvolvemos um protocolo experimental no qual a interação em tempo real entre computador e neurônio biológico permite isolar o efeito da dinâmica de um determinado tipo de canal iônico e estudar sua inuência nos mecanismos de codificação de informação. Os experimentos foram realizados com neurônios do gânglio estomatogástrico do siri azul, Callinectes sapidus, que não possuem condutâncias lentas capazes de fazê-los apresentar rajadas de disparos quando in vitro, condição na qual apresentam comportamento quiescente ou disparam tonicamente. Durante os experimentos, alteramos artificialmente o comportamento de um destes neurônios, conectando-o a um computador que introduz uma corrente capaz de fazê-lo apresentar rajadas. Essa corrente possui uma componente senoidal (vinda de um gerador de funções) e uma componente devido a uma condutância iônica lenta modelada matematicamente. A condutância lenta pode ser escolhida entre duas versões: uma em que a condutância é calculada em tempo real, a partir do valor instantâneo do potencial de membrana do neurônio biológico, e outra em que o valor da condutância é oriundo de uma série temporal previamente gravada. A fonte de informação utilizada nos experimentos é um neurônio artificial pré-sináptico, que possui uma distribuição de potenciais de ação (spikes) escolhida pelo experimentador, e é conectado ao neurônio biológico modificado através de um modelo de sinapse química inibidora. A quantidade de informação do neurônio artificial (variabilidade dos padrões de disparo) codificada pelo neurônio biológico é inferida calculando-se a informação mútua média entre eles para as duas versões da condutância lenta (dinâmica ou previamente gravada). Nossos experimentos reproduziram qualitativamente as observações feitas por nosso grupo no circuito pilórico intacto do siri, que possui neurônios conectados por mutua inibição que naturalmente apresentam bursts. Além disso, observamos que vários picos de informação mútua média, presentes quando a condutância é dinâmica, desaparecem quando esta é substituída pela série temporal previamente gravada da condutância. Assim, pudemos confirmar os resultados previamente obtidos com simulações computacionais em que foram utilizados apenas modelos matemáticos e na ausência de ruído e demonstramos que as condutâncias iônicas lentas constituem um mecanismo biofísico que permite a codificação de estímulos sinápticos em neurônios que apresentam rajadas.