Modelado y simulación computacional de la electroestimulación de neuronas piramidales in-vitro

Abstract

[ES] La estimulación mediante campos eléctricos externos de neuronas in-vitro es un tipo de experimento muy común en las primeras fases de los estudios de implantes neurales de médula espinal. En algunos casos, alguna o algunas familias de canales iónicos nativos de la neurona se subexpresan o se sobreexpresan para modular la excitabilidad de las neuronas tras el implante, cuando éstas se encuentren en un entorno tóxico por las elevadas concentraciones de iones. Por ello, es importante poder simular de manera computacional la excitabilidad de las neuronas en función del nivel de expresión de sus canales iónicos. En este trabajo se desarrollará un software en entorno Matlab(R) que permite llevar a cabo dichas simulaciones. Se utilizará una versión modificada del modelo de Traub et al de potencial de acción de una neurona piramidal, combinado con un modelo de propagación en el soma, axón, dendritas basales y dendritas apicales de la misma. Se utilizará el modelo para determinar las curvas excitación-respuesta para diferentes niveles de expresión de las familias de canales iónicas.

[EN] In-vitro stimulation of neurons using external electric fields is a very common experiment in the early stages of spinal cord neural implant studies. In some cases, one or more families of native ion channels of the neuron are underexpressed or overexpressed in order to modulate the excitability of neurons after the medular implantation, when they are in a toxic environment due to the high ionic concentrations. Therefore, it is important to be able to computationally simulate the excitability of neurons based on the expression level of their ion channel families. In this work, we will develop a software in Matlab (R) that allows to carry out these simulations. A modified version of the Traub et al model of the action potential of a pyramidal neuron will be used, combined with a propagation model in the soma, axon, basal dendrites and apical dendrites of the neuron. The model will be used to determine the strength-duration curves for different expression levels of the ion channel families.