بررسی تحریک پذیری بخش های مختلف نورون در پاسخ به تحریک الکتریکی خارج سلولی

در تحریک الکتریکی سیستم اعصاب مرکزی، اجزای نورونی مختلفی، تحت تاثیر تحریک قرار می گیرند. فعال شدن هر یک از این اجزا، می تواند منجر به پاسخی متفاوت در سیستم عصبی شود. مطالعات گذشته، حاکی از این است که در تحریک کاتدی، آکسون های عبوری و در تحریک آندی بخش اولیه ی آکسون سلول های محلی، تحریک پذیرتر از سایر اجزای نورونی اطراف الکترود هستند. در این مطالعات، غالبا تحریک پذیری قسمت اولیه ی آکسون ها نسبت به دندریت ها و بدنه های سلولی بررسی شده است و پایانه های آکسونی چندان مورد توجه قرار نگرفته اند، اما نتایج برخی مطالعات تجربی، تحریک پذیری بالای پایانه ها را گواه می دهد. لذا، بررسی دقیق تر تحریک پذیری پایانه های آکسونی در مقایسه با سایر اجزای نورونی، دارای اهمیت است. پایانه های آکسونی، مشخصاتی دارند که آن ها را از سایر بخش های آکسون متمایز می کند؛ از جمله این ویژگی ها عبارتند از: ویژگی های ساختاری و ویژگی های هندسی مانند در انتها قرار داشتن پایانه ها، وجود بخش های مخروطی شکل در قسمت های مختلف پایانه ی آکسونی و شاخه بندی. هدف از انجام این پایان نامه، بررسی چگونگی تاثیرگذاری مشخصات هندسی پایانه های آکسونی بر تحریک پذیری آن ها بوده است. بدین جهت، ابتدا از مدل آکسون های مایلین دار مربوط به نورون های حرکتی پستانداران mrg))، استفاده شد. در این مدل، پایانه های آکسونی شبیه سازی نشده اند و تنها مشخصات هندسی پایانه ها به فیبر اعمال گشت تا دیدی کلی از تاثیر این قسم از مشخصات بر تحریک پذیری فیبر بدست آید. سپس، برای حصول نتایجی دقیق تر، از مدلی که به طور خاص به پایانه های آکسونی پرداخته بود استفاده شد. این مدل، مربوط به پایانه های فیبرهای هیپوکمپ است که آکسون های باریک و دکمه های سیناپسی بزرگی دارد. شبیه سازی ها در نرم افزار neuron انجام شد و اثر ویژگی های هندسی مختلف پایانه ی آکسونی بر تحریک پذیری آن در مقایسه با سایر بخش های آکسون بررسی شد. در نهایت، جمعیتی از 100 فیبر هیپوکمپ با در نظر گرفتن تمام مشخصات هندسی پایانه ها، شبیه سازی شد و در اطراف الکترود تحریک به شکل تصادفی توزیع گردید و محل شروع پتانسیل عمل در هر کدام از آن ها تعیین گشت. نتایج حاصل از شبیه سازی های انجام گرفته به کمک مدل mrg نشان داد که ویژگی های هندسی پایانه ی آکسونی بر تحریک پذیری آن می افزاید؛ این نتایج باعث شد فرضیه ی موثر بودن مشخصات هندسی پایانه های آکسونی در افزایش تحریک پذیری آن ها، تحکیم شود. شبیه سازی هایی که به کمک مدل فیبر هیپوکمپ انجام گرفت نشان داد، آستانه های تحریک انتهای فیبر عصبی نسبت به بخش مرکزی آن کمتر می باشد. وجود زایده های مخروطی شکل در انتها و میانه ی فیبرهای هیپوکمپ، آستانه های تحریک آندی را کم می کند ولی آستانه های تحریک کاتدی را افزایش می دهد. شاخه شدن پایانه های آکسونی منجر به افزایش تحریک پذیری فیبر می شود اما وجود برآمدگی در محل شاخه شدن پایانه، آستانه ی تحریک کاتدی و آندی را زیاد می کند. با این وجود، نتایج حاصل از شبیه سازی جمعیت آکسون ها نشان داد تحریک آندی، پایانه های آکسونی را نسبت به فیبرهای گذرنده بیشتر تحت تاثیر قرار می دهد؛ در حالی که تحریک کاتدی، بیشترین اثر را بر فیبرهای گذرنده دارند. نتایج این پروژه نشان داد که ویژگی های هندسی پایانه های آکسونی، به غیر از وجود برآمدگی در محل شاخه شدن پایانه، منجر به افزایش تحریک پذیری این بخش در برابر تحریک آندی می شود و آن را یکی از مهم ترین هدف های تحریک الکتریکی می سازد. فعال شدن پایانه های آکسونی با توجه به اثر مهاری یا تحریکی که بر نورون های محلی دارند، می تواند اثرات متفاوتی بر سیستم عصبی داشته باشد.