Model Morris-Lecar

El model Morris-Lecar és un model de neurona biològica desenvolupat per Catherine Morris i Harold Lecar per reproduir la varietat de comportament oscil·latori en relació amb la conductància de Ca⁺⁺ i K⁺ a la fibra muscular del percebe gegant.^[1] Les neurones de Morris-Lecar presenten excitabilitat de les neurones de classe I i de classe II.^[2]

Història

Catherine Morris (nascuda el 24 de desembre de 1949) és una biòloga canadenca. Va guanyar una beca de la Commonwealth per estudiar a la Universitat de Cambridge, on va obtenir el seu doctorat el 1977. Es va convertir en professora a la Universitat d'Ottawa a principis dels anys vuitanta. Des del 2015, és professora emèrita a la Universitat d'Ottawa. Harold Lecar (18 d'octubre de 1935 - 4 de febrer de 2014) va ser un professor nord-americà de biofísica i neurobiologia a la Universitat de Califòrnia Berkeley. Es va graduar amb el seu doctorat en física a la Universitat de Colúmbia el 1963.

Els experiments de Morris-Lecar es van basar en el mètode de fixació de tensió establert per Keynes et al. (1973).^[3]

Les principals hipòtesis subjacents al model Morris-Lecar

Entre els principals supòsits es troben els següents: ^[4]

Les equacions s'apliquen a un pegat de membrana espacialment iso-potencial. Hi ha dos corrents persistents (no inactivants) dependents de voltatge amb potencials d'inversió polaritzats de manera oposada. El corrent despolaritzant és transportat per ions Na+ o Ca2+ (o ambdós), segons el sistema a modelar, i el corrent hiperpolaritzant és transportat per K+.
Les portes d'activació segueixen els canvis en el potencial de membrana amb prou rapidesa perquè la conductància activadora pugui relaxar-se instantàniament fins al seu valor d'estat estacionari a qualsevol voltatge.
La dinàmica de la variable de recuperació es pot aproximar mitjançant una equació diferencial lineal de primer ordre per a la probabilitat d'obertura del canal.

Descripció fisiològica

El model Morris-Lecar és un sistema bidimensional d'equacions diferencials no lineals. Es considera un model simplificat en comparació amb el model Hodgkin-Huxley de quatre dimensions.

Qualitativament, aquest sistema d'equacions descriu la complexa relació entre el potencial de membrana i l'activació dels canals iònics dins de la membrana: el potencial depèn de l'activitat dels canals iònics, i l'activitat dels canals iònics depèn del voltatge. A mesura que es modifiquen els paràmetres de bifurcació, s'exhibeixen diferents classes de comportament de les neurones. $τ N$ s'associa amb les escales de temps relatives de la dinàmica de cocció, que varia àmpliament d'una cèl·lula a una altra i presenta una dependència significativa de la temperatura.

Quantitativament:

${\begin{aligned}C{\frac {dV}{dt}}&~=~I-g_{\mathrm {L} }(V-V_{\mathrm {L} })-g_{\mathrm {Ca} }M_{\mathrm {ss} }(V-V_{\mathrm {Ca} })-g_{\mathrm {K} }N(V-V_{\mathrm {K} })\\[5pt]{\frac {dN}{dt}}&~=~{\frac {N_{\mathrm {ss} }-N}{\tau _{N}}}\end{aligned}}$

on

${\begin{aligned}M_{\mathrm {ss} }&~=~{\frac {1}{2}}\cdot \left(1+\tanh \left[{\frac {V-V_{1}}{V_{2}}}\right]\right)\\[5pt]N_{\mathrm {ss} }&~=~{\frac {1}{2}}\cdot \left(1+\tanh \left[{\frac {V-V_{3}}{V_{4}}}\right]\right)\\[5pt]\tau _{N}&~=~1/\left(\varphi \cosh \left[{\frac {V-V_{3}}{2V_{4}}}\right]\right)\end{aligned}}$

Cal tenir en compte que les equacions $M ss$ i $N ss$ també es poden expressar com $M ss = (1 + exp[-2(V - V 1) / V ₂]) -1$ i $N ss = (1 + exp[-2(V - V ₃) / V 4]) -1$ , però la majoria d'autors prefereixen la forma utilitzant les funcions hiperbòliques.

Referències

↑ Morris, Catherine; Lecar, Harold «Voltage Oscillations in the barnacle giant muscle fiber». Biophys. J., 35, 1, 7-1981, p. 193–213. DOI: 10.1016/S0006-3495(81)84782-0.
↑ Paraskevov, A. V.; Zemskova, T. S. «Analytical solution of linearized equations of the Morris-Lecar neuron model at large constant stimulation» (en anglès). Physics Letters A, 402, 28-06-2021, pàg. 127379. DOI: 10.1016/j.physleta.2021.127379. ISSN: 0375-9601.
↑ Keynes, RD; Rojas, E; Taylor, RE; Vergara, J «Calcium and potassium systems of a giant barnacle muscle fibre under membrane potential control». The Journal of Physiology, 229, 2, 3-1973, p. 409–455. DOI: 10.1113/jphysiol.1973.sp010146. «Còpia arxivada». Arxivat de l'original el 2013-08-01. [Consulta: 30 juliol 2023].
↑ Borisyuk, Alla. Morris–Lecar Model (en anglès). New York, NY: Springer, 2013, p. 1–7. DOI 10.1007/978-1-4614-7320-6_150-1. ISBN 978-1-4614-7320-6.

[ml81-1] Morris, Catherine; Lecar, Harold «Voltage Oscillations in the barnacle giant muscle fiber». Biophys. J., 35, 1, 7-1981, p. 193–213. DOI: 10.1016/S0006-3495(81)84782-0.

[2] Paraskevov, A. V.; Zemskova, T. S. «Analytical solution of linearized equations of the Morris-Lecar neuron model at large constant stimulation» (en anglès). Physics Letters A, 402, 28-06-2021, pàg. 127379. DOI: 10.1016/j.physleta.2021.127379. ISSN: 0375-9601.

[3] Keynes, RD; Rojas, E; Taylor, RE; Vergara, J «Calcium and potassium systems of a giant barnacle muscle fibre under membrane potential control». The Journal of Physiology, 229, 2, 3-1973, p. 409–455. DOI: 10.1113/jphysiol.1973.sp010146. «Còpia arxivada». Arxivat de l'original el 2013-08-01. [Consulta: 30 juliol 2023].

[4] Borisyuk, Alla. Morris–Lecar Model (en anglès). New York, NY: Springer, 2013, p. 1–7. DOI 10.1007/978-1-4614-7320-6_150-1. ISBN 978-1-4614-7320-6.

[1]

[2]

[3]

[4]