Controlling seizure-like events by perturbing ion concentration dynamics with periodic stimulation.
Controlling seizure-like events by perturbing ion concentration dynamics with periodic stimulation.
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DOI：
10.1371/journal.pone.0073820
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发表时间：
2013
期刊：
影响因子：
3.7
通讯作者：
Cressman JR
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Owen JA;Barreto E;Cressman JR
我们研究了向通用的基于电导的神经元模型添加周期性刺激的效果，该模型包括钠和钾的离子浓度动态。在高细胞外钾的条件下，该模型表现出与神经元局部离子浓度的缓慢调节相关的重复、自发、癫痫样爆发事件。我们表明，对于一系列参数值，去极化和超极化周期性刺激脉冲（包括低于 4 Hz 的频率）可以通过与离子浓度动力学相互作用来阻止自发爆发。刺激还可以控制对模拟生理输入诱发反应的幅度。我们通过时间尺度分离程序来了解该系统的非线性动力学，该程序识别离子浓度参数空间中的有效零斜线。我们的结果表明，通过外部或内源性刺激控制离子浓度动态可能在神经元兴奋性、癫痫发作动态和控制中发挥重要作用。
We investigate the effects of adding periodic stimulation to a generic, conductance-based neuron model that includes ion concentration dynamics of sodium and potassium. Under conditions of high extracellular potassium, the model exhibits repeating, spontaneous, seizure-like bursting events associated with slow modulation of the ion concentrations local to the neuron. We show that for a range of parameter values, depolarizing and hyperpolarizing periodic stimulation pulses (including frequencies lower than 4 Hz) can stop the spontaneous bursting by interacting with the ion concentration dynamics. Stimulation can also control the magnitude of evoked responses to modeled physiological inputs. We develop an understanding of the nonlinear dynamics of this system by a timescale separation procedure that identifies effective nullclines in the ion concentration parameter space. Our results suggest that the manipulation of ion concentration dynamics via external or endogenous stimulation may play an important role in neuronal excitability, seizure dynamics, and control.
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