A Computational Model of Interactions Between Neuronal and Astrocytic Networks: The Role of Astrocytes in the Stability of the Neuronal Firing Rate

Autor: Lenk, Kerstin, Satuvuori, Eero, Lallouette, Jules, Ladrón-De-Guevara, Antonio, Berry, Hugues, Hyttinen, Jari
Přispěvatelé: BioMediTech Institute [Tampere], University of Tampere [Finland], Institute for Complex Systems [Rome] (CNR - ISC), Consiglio Nazionale delle Ricerche [Roma] (CNR), Università degli Studi di Firenze = University of Florence [Firenze] (UNIFI), Vrije Universiteit Amsterdam [Amsterdam] (VU), Artificial Evolution and Computational Biology (BEAGLE), Laboratoire de Biométrie et Biologie Evolutive - UMR 5558 (LBBE), Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-VetAgro Sup - Institut national d'enseignement supérieur et de recherche en alimentation, santé animale, sciences agronomiques et de l'environnement (VAS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-VetAgro Sup - Institut national d'enseignement supérieur et de recherche en alimentation, santé animale, sciences agronomiques et de l'environnement (VAS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Inria Grenoble - Rhône-Alpes, Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Laboratoire d'InfoRmatique en Image et Systèmes d'information (LIRIS), Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-École Centrale de Lyon (ECL), Université de Lyon-Université Lumière - Lyon 2 (UL2)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École Centrale de Lyon (ECL), Université de Lyon-Université Lumière - Lyon 2 (UL2), Inria Grenoble - Rhône-Alpes, Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria), Laboratoire d'InfoRmatique en Image et Systèmes d'information (LIRIS), AMS - Fundamental Research, Coordination Dynamics, National Research Council of Italy | Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR), Università degli Studi di Firenze = University of Florence (UniFI), Université Lumière - Lyon 2 (UL2)-École Centrale de Lyon (ECL), Université de Lyon-Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Lumière - Lyon 2 (UL2)-École Centrale de Lyon (ECL), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Inria Grenoble - Rhône-Alpes, Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Laboratoire de Biométrie et Biologie Evolutive - UMR 5558 (LBBE), Université de Lyon-Université de Lyon-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-VetAgro Sup - Institut national d'enseignement supérieur et de recherche en alimentation, santé animale, sciences agronomiques et de l'environnement (VAS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-VetAgro Sup - Institut national d'enseignement supérieur et de recherche en alimentation, santé animale, sciences agronomiques et de l'environnement (VAS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2020
Předmět:
Zdroj: Frontiers in Computational Neuroscience
Frontiers in Computational Neuroscience, Frontiers, 2020, 13, pp.1-19. ⟨10.3389/fncom.2019.00092⟩
Lenk, K, Satuvuori, E, Lallouette, J, Ladrón-de-Guevara, A, Berry, H & Hyttinen, J A K 2020, ' A Computational Model of Interactions Between Neuronal and Astrocytic Networks : The Role of Astrocytes in the Stability of the Neuronal Firing Rate ', Frontiers in Computational Neuroscience, vol. 13, 92, pp. 1-19 . https://doi.org/10.3389/fncom.2019.00092
Frontiers in Computational Neuroscience, 13:92, 1-19. Frontiers Media S.A.
Frontiers in Computational Neuroscience, 2020, 13, pp.1-19. ⟨10.3389/fncom.2019.00092⟩
ISSN: 1662-5188
DOI: 10.3389/fncom.2019.00092⟩
Popis: Recent research in neuroscience indicates the importance of tripartite synapses and gliotransmission mediated by astrocytes in neuronal system modulation. Although the astrocyte and neuronal network functions are interrelated, they are fundamentally different in their signaling patterns and, possibly, the time scales at which they operate. However, the exact nature of gliotransmission and the effect of the tripartite synapse function at the network level are currently elusive. In this paper, we propose a computational model of interactions between an astrocyte network and a neuron network, starting from tripartite synapses and spanning to a joint network level. Our model focuses on a two-dimensional setup emulating a mixed in vitro neuron-astrocyte cell culture. The model depicts astrocyte-released gliotransmitters exerting opposing effects on the neurons: increasing the release probability of the presynaptic neuron while hyperpolarizing the post-synaptic one at a longer time scale. We simulated the joint networks with various levels of astrocyte contributions and neuronal activity levels. Our results indicate that astrocytes prolong the burst duration of neurons, while restricting hyperactivity. Thus, in our model, the effect of astrocytes is homeostatic; the firing rate of the network stabilizes to an intermediate level independently of neuronal base activity. Our computational model highlights the plausible roles of astrocytes in interconnected astrocytic and neuronal networks. Our simulations support recent findings in neurons and astrocytes in vivo and in vitro suggesting that astrocytic networks provide a modulatory role in the bursting of the neuronal network.
Databáze: OpenAIRE
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