Modelo do tipo integra-e-dispara de neurônios procurando estabelecer parâmetros para modelagem de integração hipocampo-cortical

Abstract

O hipocampo é a área do cérebro relacionada à formação, manutenção, modificação e evocação de memórias episódicas e imaginação de novas experiências. O estudo da circuitaria que relaciona hipocampo ao córtex possibilita uma melhor compreensão de como os processos relacionados à memória podem ser alterados pelo hipocampo de maneira a serem armazenados no córtex. Este trabalho visa estabelecer parâmetros de modelagem para projeto posterior onde queremos começar a entender qual o papel da região CA1 do hipocampo na plasticidade sináptica necessária para a implementação de uma memória (engrama) em nível cortical. Para tanto foram consideramos utilizar um modelo computacional do tipo integra-e-dispara para representar uma rede neural que 'mimetize' os potenciais eletrofisiológicos, reproduzindo fenômenos como a depressão e a facilitação por pulso pareado. Nós também avaliamos o efeito das inibições periódicas sobre uma população neural causada por um ritmo entre 5 e 80Hz. O trabalho foi desenvolvido no ambiente de programação MATLAB onde se modelou neurônios piramidais do tipo integra-e-dispara sob ação de corrente inibitória. O modelo reproduziu satisfatoriamente (a) potencial eletrofisiológico, (b) potencial de ação e (c) depressão por pulso pareado. No entanto, mais trabalho deve ser realizado a fim de representar (d) facilitação por pulso pareado dentro do intervalo-interpulso em que a mesma é pertinente para a região CA1. As (e) oscilações com intervalos-interpulso correspondente a oscilações gama hipocampais apresentaram maior depressão nas respostas excitatórias locais, formando padrões cíclicos temporais de disparos. Assim, mais levantamento bibliográfico e aprendizagem quanto ao funcionamento do modelo são necessários para uma melhor reprodução de comportamentos fisiológicos da região CA1 do hipocampo e, consequentemente, da rede hipocampo-cortical.

The hippocampus is a structure related to acquisition, maintenance, modification and recall of episodic memories and imagination of new experiences. The study of circuitry that integrates hippocampus and cortex permits a better understanding of how memory-related processes can be modified by hippocampus and stored on cortex. This study aims to set modeling parameters for a wider project where we would like to start understanding the role of the CA1 hippocampus region in the synaptic plasticity necessary to record a memory on cortex. So, we considered using an integrate-and-fire computational model to represent the neural network that 'mimic' the electrophysiological potentials, reproducing phenomena such as paired pulse depression or facilitation. We also check for the effect of periodic inhibitions upon a neural population caused by rhythm between 5 and 80Hz. The model consists of integrate-and-fire pyramidal neurons and an inhibitory current representative of the inhibitory interneurons, implemented in MATLAB. Although, the circuit satisfactorily reproduces electrophysiological potential, action potential and paired-pulse depression it lacks paired-pulse facilitation, a remarkable trace of hippocampus CA1 region, that need to be worked on the model. The effect of periodic inhibitions on neurons was better seen for interpulse-intervals corresponding to gamma range frequency (40Hz), which produces greatest depression in local excitatory responses and temporal activity pattern. More studies need to be done for a better hippocampus CA1 region and others structures representation before the hippocampal-cortice net could be modeled.