Математическая модель синаптической передачи ленточного типа

09 ноября 2005 года
Куликовская Н.В., Курилов В.И., Давыдкин С.А.

В последние годы появилось много работ с описанием экспериментов на первичных нейронах вестибулярных, слуховых и зрительных органов, где передача сенсорной информации в нервную сеть осуществляется с помощью ленточных синапсов. Ленточные синапсы имеют ряд свойств, отличающих их от синапсов , передающих информацию от нейрона к нейрону т.н. «конвекционных синапсов». В частности, размеры синаптических окончаний ленточных синапсов много больше и доступ к ним проще, что делает их удобными для исследования.

В литературе описаны разнообразные опыты по изучению морфологии и физиологии ленточных синапсов. Методом компьютерной томографии (при разрешении в несколько нанометров) измерены диаметры везикул и синаптических тел, подсчитано общее число везикул в каждой активной зоне и статические распределения везикул при длительной деполяризации, в покое и при отсутствии тока кальция. Исследованы также динамические свойства синаптической передачи для волосковой клетки.

Опираясь на данные этих опытов, нами построено математическое описание физиологического процесса для той части преобразования вестибулярной системой внешнего механического стимула ускорения в частоту спайковой активности первичного нейрона, которая начинается с рецепторного потенциала волосковой клетки и заканчивается величиной концентрации нейротрансмиттера в синаптической щели.

Считая, что математическое описание преобразования ускорения головы в рецепторный потенциал НС известно и известен алгоритм преобразования концентрации трансмиттера в частоту спайков первичного нейрона, предлагаемый алгоритм представляет необходимое недостающее звено общего процесса образования вестибулярными органами информации о движении головы животных. Именно в этой части преобразования появляются такие свойства ответов как адаптация нервного ответа при длительных стимулах ускорения проходящая с постоянными времени от секунд до десятков секунд и наличие овершутов при снятии ускорений.

Полученная модель передает все основные свойства, присущие ленточным синаптическим передачам:

• Способность поддерживать длительный выход нейротрансмиттера при долго длящемся деполяризующем стимуле;
• Наличие овершута (заход кривой выхода нейротрансмиттера при отключении стимула ниже стационарного уровня покоя с последующим выходом на этот уровень);
• Поддержание выхода нейротрансмиттера при отсутствии стимула (нейрон, связанный с HC формирует спайки, даже если потенциал мембраны HC равен потенциалу покоя);
• Скорость выхода нейротрансмиттера пропорциональна величине рецепторного потенциала в окрестности потенциала покоя.

Существенно, что адекватность результатов численного моделирования и реальных экспериментов достигнута за счет определения коэффициентов уравнений из совместного использования результатов динамических и статических экспериментов.