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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.59.2018.tde-16042018-095925
Document
Author
Full name
Cesar Augusto Celis Ceballos
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
Ribeirão Preto, 2017
Supervisor
Committee
Silva Filho, Antonio Carlos Roque da (President)
Herrera, Hector Julian Tejada
Leão, Richardson Naves
Kinouchi Filho, Osame
Kushmerick, Christopher
Title in Portuguese
Mecanismos biofísicos que afetam a resistência de entrada e a constante de tempo da membrana de neurônios: estudos experimentais e de simulação computacional
Keywords in Portuguese
Neurônio; corrente sublimiar; resistência de entrada.
Abstract in Portuguese
As correntes subliminares determinam propriedades da membrana neuronal, tais como a resistência de entrada (Rin) e a constante de tempo (tm). Nesta tese, estudamos mecanismos pelos quais duas correntes subliminares (corrente ativada por hiperpolarização, Ih, e corrente de sódio persistente, INaP) determinam Rin e tm em dois tipos de neurônio: neurônio fusiforme do núcleo coclear dorsal e célula piramidal da região CA1 do hipocampo. A tese está dividida em três partes: a primeira estuda como a Ih atua concomitantemente com a corrente de potássio retificadora de entrada (IKIR) para manter Rin estacionária entre neurônios fusiformes com heterogeneidade de disparo (silenciosos, sem disparos espontâneos, e ativos, com disparos espontâneos regulares). Na segunda parte, usa-se uma combinação de modelagem computacional com a técnica experimental de dynamic-clamp em neurônios piramidais de fatias hipocampais para mostrar que a criação de uma região de inclinação negativa na curva I/V (condutância de inclinação negativa) pela ativação rápida da INaP é responsável pelo aumento de Rin e tm e pela amplificação e prolongamento dos potenciais pós-sinápticos das células. Finalmente, a terceira parte estabelece o mecanismo pelo qual a INaP e Ih controlam a tm da célula. Para isso, propomos um novo conceito denominado "condutância de inclinação dinâmica" que leva em consideração a cinética das correntes e explica os efeitos observados das cinéticas de Ih e INaP sobre tm. Com base nos resultados, prevemos que uma Ih com cinética rápida atenua e encurta os potenciais pós-sinápticos excitatórios muito mais que uma Ih com cinética lenta.
Title in English
Biophysical mechanisms that affect the membrane input resistance and time constant of neurons: experimental and computational studies
Keywords in English
Neuron; subthreshold current; input resistance.
Abstract in English
Subthreshold currents determine the neuronal membrane properties, such as the input resistance (Rin) and the membrane time constant (tm). In this thesis, we studied the mechanisms by which two subthreshold currents (the hyperpolarization-activated current, Ih, and the persistent sodium current, INaP) determine Rin and tm in two types of neurons: the fusiform neuron of the dorsal cochlear nucleus and the pyramidal cell of the CA1 region of the hippocampus. The thesis is divided in three parts: the first part studies how Ih acts concomitantly with the inwardly rectifying potassium current (IKIR) to equalize Rin among fusiform neurons with firing heterogeneity (quiet, without spontaneous firing and active, with regular spontaneous firing). In the second part, we used a combination of computational modeling with the experimental technique dynamic-clamp in pyramidal cells of hippocampal slices to show that the creation of a negative slope region in the I/V curve (negative slope conductance) by the fast activation of the INaP is responsible for the increase of Rin and tm, and for the amplification and prolongation of postsynaptic potentials in these cells. Finally, the third part establishes the mechanism whereby INaP and Ih control tm in the cell. For this, we propose a new concept called "dynamic slope conductance", which takes into consideration the current kinetics and explains the observed effects of Ih and INaP kinetics on tm. Based on the results, we predict that an Ih current with fast kinetics attenuates and shortens excitatory postsynaptic potentials strongly than an Ih current with slower kinetics.
 
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CesarCeballos.pdf (5.03 Mbytes)
Publishing Date
2018-07-30
 
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