Theoretical and experimental approaches for the initiation and propagation of activity in spatially embedded neuronal cultures
- Autores: Lluís Hernández Navarro
- Directores de la Tesis: Jordi Soriano Fradera (dir. tes.)
- Lectura: En la Universitat de Barcelona ( España ) en 2018
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Jordi García-Ojalvo (presid.), Jaime de la Rocha Vázquez (secret.), Samuel Bottani (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Física por la Universidad de Barcelona
- Materias:
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- Resumen
El objetivo de esta tesis es investigar los mecanismos que generan la actividad espontánea y estimulada en redes neuronales, más concretamente en cultivos corticales disociados, y haciendo especial énfasis en el efecto de las correlaciones métricas. En este marco, la actividad colectiva consiste en episodios esporádicos de disparos casi-síncronos entre todas las neuronas del cultivo, llamados “estallidos de red”. Tres elementos principales determinan sus características: conectividad entre neuronas, dinámica intrínseca neuronal, y ruido (activaciones neuronales aleatorias).
La investigación se ha centrado en cinco líneas de investigación: el estudio de correlaciones métricas en cultivos neuronales; el desarrollo de un modelo teórico para describir y predecir el estallido de red; el análisis de la propagación de los frentes de actividad experimentales bajo perturbaciones estructurales de la conectividad del cultivo; el estudio del efecto de la inhibición en la iniciación y propagación de los estallidos ‘in vitro’; y el estudio de la respuesta experimental de los cultivos bajo una estimulación eléctrica moderada de baja frecuencia.
En la primera línea de investigación hemos comprobado que las correlaciones métricas dominan el comportamiento dinámico del cultivo, hasta el punto de enmascarar la contribución de la distribución del número de conexiones. En la segunda línea hemos desarrollado un modelo analítico que predice semi-cuantitativamente la frecuencia de los estallidos observada experimentalmente. La tercera línea se ha centrado en el efecto de perturbaciones estructurales en la conectividad; la dinámica resultante ha mostrado una gran riqueza en patrones de actividad, estallidos de red a distintas escalas, y propagación altamente específica de cada cultivo. La cuarta línea de investigación ha demostrado que las redes sin inhibición disminuyen su frecuencia de estallido respecto a las redes control, que la velocidad de propagación de la actividad incrementa ligeramente cuando se ha bloqueado la inhibición, y que los puntos donde se inician los estallidos varían respecto a los controles. Y, finalmente, la quinta línea de investigación ha constatado que la aplicación de un campo eléctrico débil aumenta el ruido de actividad de la red, generando un incremento en la frecuencia de los estallidos de red.
