¿La neurona de Hodgkin Huxley no se dispara constantemente para corrientes mayores que el umbral?

Hola, actualmente estoy estudiando física a nivel de pregrado. Como parte de mi proyecto de fin de carrera, tengo que implementar el modelo HH e investigar ciertos tipos de comportamiento.

Mi problema es el siguiente.

entiendo que por I i norte j > I t h r mi s h debemos esperar potenciales de acción que se disparen con una frecuencia regular.

ingrese la descripción de la imagen aquíAquí tengo una corriente de entrada que parece generar 2 picos iniciales, sin embargo, no se generan más picos. ¿Es esto físico? La presencia de los picos iniciales debe significar que la corriente de entrada es mayor que el umbral, pero no vemos picos constantes en toda la corriente de estimulación.

Aumentar ligeramente la corriente da el comportamiento esperado:ingrese la descripción de la imagen aquí

¿Es esto un error en el código o es un fenómeno físico real?

EDITAR------------------------------ Siguiendo las sugerencias de Bryan Krause, aquí está la imagen completa con las variables de activación.

Caso 1: Corriente de estímulo con amplitud 35 mA con período 100msingrese la descripción de la imagen aquí

Caso 2: Corriente de estímulo con amplitud 37 mA con período 100msingrese la descripción de la imagen aquí

Caso 3: Corriente de estímulo con amplitud 500 mA con período 100msingrese la descripción de la imagen aquí

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@tyersome Creo que he mostrado mi intento de respuesta al proporcionar el segundo ejemplo siguiendo el modelo HH, eso es lo que creo que también debería haberse observado en el caso 1.
¿Cuáles son las ecuaciones que resuelve este modelo? Su caso 1 parece un oscilador fuertemente amortiguado en el voltaje, mientras que el caso 2 parece una solución oscilante. Si tiene una constante de amortiguamiento no lineal, eso podría explicar cualitativamente la diferencia entre el caso 1 y el 2.
@AtmosphericPrisonEscape El modelo HH es un modelo estándar bastante famoso en neurociencia.

Respuestas (1)

Esto está sucediendo debido a la inactivación de los canales de sodio. Algunas fuentes relevantes:

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

https://www.st-andrews.ac.uk/~wjh/hh_model_intro/ (¿Supongo que este enlace está roto para algunas personas? Funciona bien para mí tal como está; vea los enlaces antes y después, entonces)

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

En el modelo HH , la inactivación a veces se denomina "puerta h" en función del parámetro que utilizan para esta inactivación, al que se le asigna la variable "h".

La inactivación de los canales de sodio cambia el umbral del potencial de acción e incluso puede prevenir los potenciales de acción por completo. La manera fácil de entender esto es que los canales inactivos no están disponibles para participar en el ciclo de retroalimentación positiva de un potencial de acción. Debido a esto, no es del todo correcto pensar en un umbral constante para los potenciales de acción para una célula/modelo determinado. En cambio, hay un umbral para cualquier potencial de retención dado o historial reciente del potencial de membrana. La mayoría de las veces, le preocupará el umbral en el potencial de membrana en reposo, pero si aplica un estímulo externo constante (o si desencadena muchos potenciales de acción en secuencia sin pasar suficiente tiempo en potenciales hiperpolarizados o en reposo), entonces el número de canales de sodio disponibles no es lo mismo que en reposo.

Sugeriría un par de cosas... primero, ¡pruebe otros pasos también! ¿ Qué pasa si usas un estímulo aún mayor ? Segundo... trace los parámetros de activación de HH m, n y h en función del tiempo, no solo del voltaje.

He agregado algunos casos más a mi pregunta original. Según su respuesta, no puedo entender por qué el caso 3 y el caso 1 parecen idénticos.
@Vishal ¡Mira la puerta H! Compare h antes del primer estímulo con después del primer potencial de acción (o primer par, una vez que se detienen los PA).
Su enlace de St. Andrews está muerto.
@AtmosphericPrisonEscape Funciona bien para mí.
Tampoco puedo acceder al enlace de St. Andrews... Con respecto al comportamiento de la puerta h, puedo ver que h está bastante cerca de 1, lo cual tiene sentido ya que la neurona está hiperpolarizada. No estoy seguro de qué quitar aparte de que h es alto cuando la neurona está hiperpolarizada y bajo cuando la neurona está despolarizada.
@VishalJain h solo está cerca de 1 en reposo; más adelante en el pulso, es menor que 1. En el primer caso, es lo suficientemente bajo como para que el umbral se haya desplazado, de modo que el estímulo ya no es superumbral después del primer pico, y h continúa disminuyendo (más inactivado). En el segundo caso, hay suficiente relajación de la puerta h durante la hiperpolarización entre picos. En el tercer caso, el estímulo es demasiado fuerte y la puerta h nunca tiene un cambio para reabrir; h permanece baja y, por lo tanto, no hay canales de sodio disponibles para abrir.
No entiendo por qué la neurona parece llegar a un potencial de reposo en V = 0 después del primer pico en el caso 1, pero obtuve el caso 2 (con solo un pequeño aumento en la corriente inyectada), la neurona se hiperpolariza adecuadamente entre acción potenciales. Al observar los valores de las variables de activación, todos tienen sentido cuando observa el potencial de membrana correspondiente en ese paso de tiempo. EDITAR: al leer el comentario anterior, parece que ese pequeño aumento en la corriente fue suficiente para darle a la puerta h suficiente tiempo para relajarse y reiniciarse correctamente.
@VishalJain No es solo el potencial de membrana lo que importa, sino también el estado de todos los parámetros de activación. Tanto en el caso 1 como en el caso 2, nunca hay un momento en que la puerta h haga todo el camino de regreso a 1; parece que se recupera a alrededor de 0,9 tanto en el caso 1 como en el caso 2. El caso 2 tiene un estímulo lo suficientemente fuerte como para activar un AP con solo el 90 % de los canales disponibles; el caso 1 no lo hace, pero la despolarización por debajo del umbral es suficiente para causar aún más inactivación del canal (h continúa disminuyendo con el tiempo).
Ok, está empezando a tener sentido, la última pregunta sobre esto y creo que encajará. Puedo aceptar que en el caso 1, proporcionamos un estímulo que era súper umbral cuando la célula estaba en reposo, sin embargo, una vez estimulada, ya no era lo suficientemente grande como para generar más picos. Sin embargo, si observa mi imagen original en la que proporcioné una imagen en la que teníamos 2 de esos picos iniciales, ¿cómo puede explicar esto? Aquí simulamos claramente la celda una vez cuando estaba en reposo en un estado hiperpolarizado y nuevamente una vez mientras se aplicaba la corriente estimuladora, sin embargo, luego detuvimos los picos generados.
@VishalJain Puede ver en su "caso 1" que hay una especie de mini-pico; es suficiente para que algunos canales controlados por voltaje se abran y despolaricen la celda por segunda vez, pero no lo suficiente para un pico de retroalimentación positiva completo. Para el tercer "evento" de este tipo, es aún más débil. Lo mismo sucedió en su caso original 0, excepto que el estímulo fue lo suficientemente fuerte como para generar el segundo pico, pero sí ve que el segundo AP es un poco más débil que el primero y el tercero falla. Todo esto se entiende mejor pensando en cuántos canales de sodio están disponibles, también conocidos como "no inactivados", también conocidos como "h".
¿La neurona de Hodgkin Huxley no se dispara constantemente para corrientes mayores que el umbral?
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