РЕГУЛЯРНЫЕ И ХАОТИЧЕСКИЕ КОЛЕБАНИЯ В МОДЕЛИ АСТРОЦИТА С РЕГУЛЯЦИЕЙ ДИНАМИКИ КАЛЬЦИЕВОГО ВЫБРОСА

В статье исследуется динамика модели астроцита – глиальной клетки головного мозга, регулирующей колебания основных сигнальных клеток – нейронов. За счет сложных молекулярных преобразований астроциты способны генерировать кальциевые автоколебания, которые, в свою очередь, связаны с выбросом во внеклеточное пространство нейроактивных веществ. В трехкомпонентной модели астроцита, учитывающей, в отличие от классических моделей химической возбудимости, регуляцию процесса выброса кальция за счет нелинейной динамики инозитол-трифосфата, проведен бифуркационный анализ устойчивости состояний равновесия, возникновения регулярных и хаотических колебаний. Показано, в частности, что учет динамики инозитол-трифосфата может привести к возникновению сложных динамических режимов, включая мультистабильные режимы генерации и импульсные колебания сложной формы.

Литература

1. Principles of Neural Science/ Eds E.R. Kandel, J.H. Schwartz, T.M. Jessell/ Third Edition. Prentice-Hall Intern. Inc., 1991.

2. Verkhratsky A., Butt A. Glial Neurobiology, Wiley, 2007.

3. Гордлеева С.Ю., Матросов В.В., Казанцев В.Б. Кальциевые колебания в астроцитах. Часть 1. Астроцит как генератор кальциевых колебаний // Известия вузов. Прикладная нелинейная динамика. 2012. Т. 20, No 3. C. 29.

4. Gordleeva S.Yu., Stasenko S.V., Semyanov A.V., Dityatev A.E., Kazantsev V.B. Bidirectional astrocytic regulation of neuronal activity within a network // Frontiers in computational neuroscience. 2012. Vol. 6. P.92.

5. De Pitta‘ M., Goldberg M., Volman V., Berry H., Ben-Jacob E. Glutamate regulation of calcium and IP3 oscillating and pulsating dynamics in astrocytes // Journal of Biological Physics. 2009. 35:383-411.

6. Houart G., Dupont G., Goldbeter A. Bursting, chaos and birhythmicity originating from self-modulation of the inositol 1,4,5-trisphosphate signal in a model for intracellular Ca2+ oscillations // Bulletin of Mathematical Biology. 1999. Vol. 61. P. 507.

7. Казанцев В.Б., Воробьев А.В. Осцилляторная неустойчивость и спонтанные подпороговые колебания в сети диффузионно связанных кальциевых осцилляторов // Известия вузов. Прикладная нелинейная динамика. 2009. T. 17, No 2. C. 123.

8. Матросов В.В., Гордлеева С.Ю., Казанцев В.Б. Кальциевые колебания в астроцитах. Часть 2. Астроцит как генератор кальциевых колебаний // Известия вузов. Прикладная нелинейная динамика. 2012. Т. 20, No 3. C. 40.

9. Matrosov V.V., Kazantsev V.B. Bifurcation mechanisms of regular and chaotic network signaling in brain astrocytes // Chaos. 2011. Vol. 21, No 2. P. 023103.

10. Wu Y.W., Tang X., Arizono M., Bannai H., Shih P.Y., Dembitskaya Y., Kazantsev V.,  Tanaka M., Itohara S., Mikoshiba K., Semyanov A. Spatiotemporal calcium dynamics in single astrocytes and its modulation by neuronal activity // Philosophical Trans-
actions of the Royal Society B: Biological Sciences. 2014. 55(2):119-129.

11. Ullah G., Jung P., Cornell-Bell A.H. Anti-phase calcium oscillations in astrocytes via inositol (1,4,5)-trisphosphate regeneration // Cell Calcium. 2006. Vol. 39. P. 197.

12. Матросов В.В. Динамика нелинейных систем. Программный комплекс для исследования нелинейных динамических систем с непрерывным временем. Н. Новгород: ННГУ, 2002.

13. Болдырева Н.В., Матросов В.В. Анализ динамики модифицированной модели астроцита // Труды 17-й научной конференции по радиофизике, посвященной 100-летию со дня рождения В.С. Троицкого / Под ред. C.М. Грача, А.В. Якимова. Н. Новгород: ННГУ, 2013. С. 89.

Статус: 
одобрено к публикации
Краткое содержание (PDF):