Нейрон Ходжкина-Хаксли не постоянно всплескивает при токах, превышающих пороговое значение?

Привет, я в настоящее время изучаю физику на уровне бакалавриата. В рамках моего проекта за последний год мне пришлось внедрить модель HH и исследовать определенные типы поведения.

Моя проблема заключается в следующем.

Я понимаю, что для я я н Дж > я т час р е с час мы должны ожидать потенциалы действия, которые вспыхивают с постоянной частотой.

введите описание изображения здесьЗдесь у меня есть входной ток, который, кажется, генерирует 2 начальных всплеска, однако дальнейших всплесков не возникает. Это физическое? Наличие начальных спайков должно означать, что входной ток больше порогового, но мы не видим устойчивых спайков по всему стимулирующему току.

Небольшое увеличение тока дает ожидаемое поведение:введите описание изображения здесь

Это ошибка в коде или это реальное физическое явление?

РЕДАКТИРОВАТЬ ----------------------------- Следуя предложениям Брайана Краузе, вот полная картина с переменными стробирования.

Случай 1: Стимулирующий ток амплитудой 35 мА с периодом 100 мсвведите описание изображения здесь

Случай 2: Стимулирующий ток амплитудой 37 мА с периодом 100 мс.введите описание изображения здесь

Случай 3: Стимулирующий ток амплитудой 500 мА с периодом 100 мсвведите описание изображения здесь

Добро пожаловать в Biology.SE. Сообщество Biology.SE согласилось с тем, что вопросы, не показывающие или не показывающие предварительных исследований, не являются темой на этом сайте, как и вопросы «домашнего задания» , если вы не продемонстрировали свою попытку ответа . Пожалуйста, отредактируйте свой вопрос и сообщите нам, где вы искали ответы, что вы знаете по теме и где именно у вас остались вопросы. Пожалуйста, ознакомьтесь с экскурсией и обратитесь в справочный центр , начиная с раздела «Как спросить» , чтобы узнать подробности.
@tyersome Я считаю, что продемонстрировал свою попытку ответа, предоставив второй пример, основанный на модели HH, это то, что, я считаю, также должно было наблюдаться в случае 1.
Какие уравнения решает эта модель? Ваш случай 1 выглядит как сильно затухающий осциллятор по напряжению, тогда как случай 2 выглядит как колебательное решение. Если у вас есть константа нелинейного демпфирования, это может качественно объяснить разницу между случаями 1 и 2.
@AtmosphericPrisonEscape Модель HH — довольно известная стандартная модель в нейробиологии.

Ответы (1)

Это происходит из-за инактивации натриевых каналов. Некоторые соответствующие источники:

https://en.wikipedia.org/wiki/Ball_and_chain_inactivation

https://www.st-andrews.ac.uk/~wjh/hh_model_intro/ (Думаю, эта ссылка не работает для некоторых людей? У меня все работает как есть; вместо этого см. ссылки до и после)

https://neuronaldynamics.epfl.ch/online/Ch2.S2.html

В модели HH инактивацию иногда называют «h-воротом» на основе параметра, который они используют для этой инактивации, которому присвоена переменная «h».

Инактивация натриевых каналов изменяет порог потенциала действия и может даже полностью предотвратить потенциалы действия. Простой способ понять это состоит в том, что инактивированные каналы недоступны для участия в петле положительной обратной связи потенциала действия. Из-за этого не совсем правильно думать о постоянном пороге потенциалов действия для данной клетки/модели. Вместо этого существует порог для любого заданного удерживающего потенциала или недавней истории мембранного потенциала. Чаще всего вас будет интересовать порог мембранного потенциала покоя, но если вы применяете постоянный внешний раздражитель (или если вы запускаете множество потенциалов действия последовательно, не затрачивая достаточно времени на гиперполяризованные потенциалы или потенциалы покоя), то число доступных натриевых каналов не такой, как в покое.

Я бы предложил пару вещей... во-первых, попробуйте и другие шаги! Что произойдет, если вы используете еще больший стимул? Во-вторых... изобразите параметры стробирования HH m, n и h как функцию времени, а не только напряжения.

Я добавил еще несколько случаев к моему первоначальному вопросу. Основываясь на вашем ответе, я не могу понять, почему случай 3 и случай 1 выглядят одинаково.
@Vishal Посмотри на ворота! Сравните h до первого стимула и после первого потенциала действия (или первой пары после прекращения ПД).
Ваша ссылка на Сент-Эндрюс мертва.
@AtmosphericPrisonEscape У меня отлично работает.
Я также не могу получить доступ к ссылке Сент-Эндрюс… Что касается поведения h-ворота, я вижу, что h довольно близко к 1, что имеет смысл, поскольку нейрон гиперполяризован. Я не уверен, что нужно убрать, кроме того, что h является высоким, когда нейрон гиперполяризован, и низким, когда нейрон деполяризован.
@VishalJain h в состоянии покоя близок к 1; позже в импульсе он меньше 1. В первом случае он достаточно низок, чтобы порог сместился, поэтому стимул больше не является надпороговым после первого спайка, а h продолжает уменьшаться (более инактивировано). Во втором случае достаточно релаксации h-ворот во время гиперполяризации между спайками. В третьем случае стимул слишком силен, и h-ворота никогда не открываются снова; h остается низким, поэтому натриевые каналы недоступны для открытия.
Я не понимаю, почему нейрон, кажется, приходит к потенциалу покоя при V = 0 после первого всплеска в случае 1, но получил случай 2 (с небольшим увеличением вводимого тока), нейрон правильно гиперполяризуется между действиями потенциалы. Глядя на значения переменных стробирования, все имеет смысл, когда вы смотрите на соответствующий мембранный потенциал на этом временном шаге. РЕДАКТИРОВАТЬ: читая предыдущий комментарий, кажется, что этого крошечного увеличения тока было достаточно, чтобы дать воротам h достаточно времени, чтобы расслабиться, чтобы правильно сбросить?
@VishalJain Важен не только мембранный потенциал, но и состояние всех параметров стробирования. Как в случае 1, так и в случае 2 никогда не бывает так, чтобы ворота h возвращались к 1; похоже, что он восстанавливается примерно до 0,9 как в случае 1, так и в случае 2. Случай 2 имеет достаточно сильный стимул, чтобы по-прежнему запускать AP только с 90% доступных каналов; в случае 1 этого не происходит, но подпороговой деполяризации достаточно, чтобы вызвать еще большую инактивацию канала (h продолжает уменьшаться с течением времени).
Хорошо, это начинает обретать смысл, последний вопрос по этому поводу, и я думаю, что это будет щелкнуть. Я могу согласиться с тем, что в случае 1 мы предоставили стимул, который был сверхпороговым, когда клетка находилась в состоянии покоя, однако после стимуляции он уже не был достаточно сильным, чтобы генерировать дальнейшие спайки. Однако, если вы посмотрите на мое исходное изображение, где я предоставил изображение, на котором у нас было 2 таких начальных шипа, как вы можете это объяснить? Здесь мы четко моделировали клетку один раз, когда она находилась в состоянии покоя в гиперполяризованном состоянии, и еще один раз, когда применялся стимулирующий ток, однако затем мы прекратили генерировать спайки.
@VishalJain В вашем «случайе 1» вы можете видеть, что есть своего рода мини-всплеск; этого достаточно для того, чтобы некоторые потенциалзависимые каналы открылись и деполяризовали клетку во второй раз, но недостаточно для полного всплеска положительной обратной связи. К третьему такому "событию" еще слабее. То же самое произошло в вашем исходном случае 0, за исключением того, что стимул был достаточно сильным, чтобы вызвать второй всплеск, но вы видите, что второй AP немного слабее, чем первый, а третий терпит неудачу. Все это лучше всего понять, если подумать о том, сколько натриевых каналов доступно, они же «не инактивированы», они же «h».
Нейрон Ходжкина-Хаксли не постоянно всплескивает при токах, превышающих пороговое значение?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v