Integration of biochemical and electrical signaling-multiscale model of the medium spiny neuron of the striatum.
Integration of biochemical and electrical signaling-multiscale model of the medium spiny neuron of the striatum.
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DOI：
10.1371/journal.pone.0066811
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发表时间：
2013
期刊：
影响因子：
3.7
通讯作者：
Le Novère N
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Mattioni M;Le Novère N
神经元的行为是生化过程网络和电信号之间相互作用的结果。突触可塑性是从这种相互作用中出现的神经元特性之一。目前研究可塑性的方法之一是模拟其电方面或其生化成分。其中主要原因是涉及不同的时间尺度，电事件发生在毫秒内，而生化级联反应在几分钟或几小时内。为了创建同时考虑这两个方面的多尺度模型，需要同步两个模型，并交换相关的变量值。我们提出了一种新的事件驱动算法来同步不同的神经元模型，这减少了计算时间，避免了多余的同步。该算法在TimeScales框架中实现。我们通过模拟新纹状体中棘神经元的一个新的多尺度模型来证明它的用途。该模型包括超过一千个树突棘，其中电模型与生化模型的相应实例相互作用。我们的研究结果表明，一个多尺度模型是能够表现出突触可塑性的变化作为一个结果之间的相互作用的电和生化信号。我们的同步策略是一般性的，足以用于模拟其他模型类似的同步问题，如神经元网络。此外，电气和生化模型之间的整合开辟了可能性，调查多尺度的过程，如突触可塑性，在一个更全面的方式，同时考虑到更现实的描述的基础机制。
Neuron behavior results from the interplay between networks of biochemical processes and electrical signaling. Synaptic plasticity is one of the neuronal properties emerging from such an interaction. One of the current approaches to study plasticity is to model either its electrical aspects or its biochemical components. Among the chief reasons are the different time scales involved, electrical events happening in milliseconds while biochemical cascades respond in minutes or hours. In order to create multiscale models taking in consideration both aspects simultaneously, one needs to synchronize the two models, and exchange relevant variable values. We present a new event-driven algorithm to synchronize different neuronal models, which decreases computational time and avoids superfluous synchronizations. The algorithm is implemented in the TimeScales framework. We demonstrate its use by simulating a new multiscale model of the Medium Spiny Neuron of the Neostriatum. The model comprises over a thousand dendritic spines, where the electrical model interacts with the respective instances of a biochemical model. Our results show that a multiscale model is able to exhibit changes of synaptic plasticity as a result of the interaction between electrical and biochemical signaling. Our synchronization strategy is general enough to be used in simulations of other models with similar synchronization issues, such as networks of neurons. Moreover, the integration between the electrical and the biochemical models opens up the possibility to investigate multiscale process, like synaptic plasticity, in a more global manner, while taking into account a more realistic description of the underlying mechanisms.
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影响因子：
4.3
作者：
Fernandez E;Schiappa R;Girault JA;Le Novère N
通讯作者：
Le Novère N
影响因子：
3
作者：
Djurfeldt, Mikael;Hjorth, Johannes;Ekeberg, Orjan
通讯作者：
Ekeberg, Orjan
DOI：
10.1006/bbrc.1995.1092
发表时间：
1995-01-17
影响因子：
3.1
作者：
DESDOUITS, F;CHEETHAM, JJ;GIRAULT, JA
通讯作者：
GIRAULT, JA
影响因子：
3.4
作者：
DESTEXHE, A;BABLOYANTZ, A;SEJNOWSKI, TJ
通讯作者：
SEJNOWSKI, TJ
影响因子：
9.8
作者：
Bloodgood BL;Giessel AJ;Sabatini BL
通讯作者：
Sabatini BL