КАЛЬЦИЕВЫЕ КОЛЕБАНИЯ В АСТРОЦИТАХ Часть 1 Астроцит как генератор кальциевых колебаний

В статье исследуются бифуркационные механизмы генерации колебаний в биофизической модели химически возбудимых клеток мозга – астроцитов. Такие клетки, в отличие от широко изучаемых в нелинейной динамике нейронных генераторов, не обладают собственной электрической активностью, однако способны генерировать химические сигналы, влияющие на динамику нейронов. Динамика кальциевого генератора описывается нелинейной системой третьего порядка, полученной на основе уравнений кинетики ключевых биохимических преобразований в астроците. Исследованы динамические механизмы возникновения автоколебаний в изолированных клетках, изучены особенности генерации вынужденных колебаний при воздействии на астроцит импульсными сигналами, моделирующими химическую стимуляцию астроцитов при возбуждении нейронов.

Литература

1. Rabinovich M.I., Varona P., Selverston A.I., Abarbanel H.D.I. Dynamical principles in neuroscience // Reviews of Modern Physics. 2006. Vol. 78, No 4. P. 1213.

2. Некоркин В.И. Нелинейные колебания и волны в нейродинамике // УФН. 2008. Т. 178, No 3. С. 313.

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

4. Nadkarni S., Jung P. Spontaneous oscillations of dressed neurons: a new mechanism for epilepsy? // Phys. Rev. Lett. 2003. Vol. 91. 268101.

5. Volman V., Ben-Jacob E., Levine H. The astrocyte as a gatekeeper of synaptic information transfer // Neural Comp. 2007. Vol. 19. P. 303.

6. De Pitta M., Volman V., Berry H., Ben-Jacob E. A tale of two stories: Astrocyte regulation of synaptic depression and facilitation // PLoS Comput. Biol. 2011. Vol. 7, No 12. P. e1002293. doi:10.1371/journal.pcbi.1002293.

7. De Young G.W., Keizer J. A single-pool inositol 1,4,5-trisphosphate-receptor-based model for agonist-stimulated oscillations in Ca2+ concentration //Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1992. Vol. 89. P. 9895.

8. Li Y., Rinzel J. Equations for IP3 receptor-mediated Ca2+ i oscillations derived from a detailed kinetic model: A Hodgkin–Huxley-like formalism // J. Theor. Biol. 1994. Vol. 166. P. 461.

9. 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.

10. Schuster S., Marhl M., Hofer T. Modelling of simple and complex calcium oscillations. From single-cell responses to intercellular signalling // Eur. J. Biochem. 2002. Vol. 269. P. 1333.

11. 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.

12. Kazantsev V.B. Spontaneous calcium signals induced by gap junctions in a network model of astrocytes // Phys. Rev. E. 2009. Vol. 79. 010901(R).

13. Cuthbertson K.S.R., Chay T.R. Modeling receptor-controlled intracellular calcium oscillators // Cell Calcium. 1991. Vol. 12. P. 97.

14. Izhikevich E.M. Neural excitability, spiking, and bursting // Int. J. Bifurc. Chaos. 2000. Vol. 10, No 6. P. 1171.

Статус: 
одобрено к публикации
Краткое содержание (PDF):