The role of ion channels in the transmissions of signals along axons

Resumo

Neste trabalho, propomos um modelo eletrofisiológico bidimensional que descreve a resposta dos neurónios ao serem estimulados em condições de patch-clamp. Este modelo - uma versão reduzida do modelo de Hodgkin-Huxley - conserva as características essenciais da abordagem original, sendo, no entanto, mais eficiente e informativo.

Através da análise dos diagramas de bifurcação de diversos modelos reduzidos, descrevemos as contribuições dos diferentes canais iónicos na estabilidade ou instabilidade da membrana neuronal. Para além disso, exploramos a influência que a intensidade dos estímulos elétricos e vários parâmetros celulares têm na frequência de spiking dos neurónios.

Também nesta tese, apresentamos um modelo do axónio que simula a transmissão unidirecional de sinais e que não é afetado por perturbações no potencial da membrana. Após analisar o impacto da resistência intracelular e da capacitância membranar na velocidade do sinal, observamos discrepâncias consideráveis entre os nossos resultados e os previstos pela equação de cabo (cable equation model).

A nossa investigação revela também que, quando a propagação do sinal ocorre sob a forma de múltiplos picos no potencial da membrana do axónio, há um transiente nos seus comprimentos de onda e frequências, sendo esse transiente influenciado pela resistência intracelular. Consequentemente, os picos têm velocidades distintas, sendo o primeiro pico mais rápido que os restantes. Concluímos também que a velocidade de propagação do primeiro pico - em alguns casos o único - se mantém relativamente constante ao longo do axónio, independentemente da intensidade do estímulo a que o neurónio está sujeito. O mesmo não se observa em picos subsequentes.