Esta pagina permite simular el "current pach clamp" o "clampeo de corriente" o "abrazadera de corriente"
para una celula (neurona) completa. El modelo matemático utilizado en este simulador se
basa en el modelo Hindmarsh-Rose, que a su vez encuentra
sus raíces en el modelo de Hodgkin-Huxley. El modelo de Hodgkin-Huxley fue desarrollado por Alan Lloyd Hodgkin y Andrew Huxley en la decada de 1950 , y se basó,
en sus investigaciones en el axon gigante de calamar, que les valieron
el premio Noblel en fisiologia y medicina en 1963.
El "clamp de corriente" o "clampaje de corriente" o "clampeo de corriente" es una técnica
fundamental en la investigación
neurofisiológica que permite mantener constante la corriente que fluye a través de una
célula mientras se registra el cambio resultante en el potencial de membrana. Esta técnica es
útil para investigar cómo los cambios en la corriente iónica afectan la actividad eléctrica de las
células nerviosas.
En el clamp de corriente, se ajusta una corriente
externa para mantener constante el flujo de iones a través de los
canales iónicos de la membrana celular. Esto permite a los investigadores
analizar cómo la célula responde a la manipulación de la corriente iónica.
Al mantener constante la corriente, se puede observar cómo el potencial de membrana cambia
en respuesta a esa corriente constante, lo que proporciona información valiosa sobre la excitabilidad
y la función celular.
A este respecto, Hindmarsh y Rose realizaron una modificación sustancial en el modelo original de FitzHugh y Nagumo (FN)
(derivado, a su vez, del modelo de Hodgkin-Huxley)
al reemplazar la función lineal en las ecuaciones por una función cuadrática. Este cambio en la
formulación permitió al modelo capturar disparos neuronales rápidos que ocurren en un rango amplio
de intervalos de tiempo. En esencia, esta modificación dotó al modelo con la capacidad de representar
patrones de actividad más variados y rápidos en comparación con su contraparte original.
En un trabajo posterior, Hindmarsh y Rose llevaron a cabo otra
modificación en su modelo, transformándolo en un sistema de ecuaciones diferenciales no lineales tridimensionales.
Esta versión tridimensional del modelo es conocida por su habilidad para exhibir una amplia gama de características
genéricas que se asemejan a las observadas en el modelo de Hodgkin y Huxley.
El modelo de actividad neuronal de Hindmarsh-Rose está diseñado para investigar los patrones de actividad,
de picos y explosiones, observados en experimentos, en el potencial de membrana de una sola neurona.
El foco principal del modelo es el potencial de membrana, representado por la variable x(t),
que se mide en unidades adimensionales. Junto con esta variable, existen otras dos, y(t) y
z(t), que capturan los procesos de transporte de iones a través de los canales iónicos en la membrana
neuronal. Específicamente, se considera el transporte de iones de sodio y potasio.
Se generan dos gráficos por separado. El primero ilustra la corriente externa aplicada en microamperios por centímetro cuadrado (µA/cm²) en función del tiempo, mientras que el segundo representa la variación del voltaje de la membrana en miliVoltios(Mv) en función del tiempo, acorde al modelo de Hindmarsh-Rose.
Estos gráficos cuentan con funcionalidades interactivas en su versión para computadoras.
Es posible aplicar zoom y desplazarse tanto horizontal como verticalmente. Además,
es posible ajustar el tamaño de los gráficos utilizando los controles correspondientes.
En ambas versiones, ya sea para computadoras o teléfonos, se permite ocultar y mostrar las leyendas, y
al hacer clic en cada leyenda es posible ocultar de forma individual cada una de ellas.
Ingresá la intensidad deseada para la corriente externa, indica el momento en el cual deseas que ocurra el estímulo, establece la duración del mismo y, si deseas aplicar un segundo estímulo, selecciona la intensidad, el instante de inicio y la duración del segundo estímulo. Ten en cuenta que existen valores máximos y mínimos para cada uno de estos parámetros. Si no deseas aplicar un segundo estímulo, simplemente déjalo en blanco y pulsa el botón 'Estimular' con los valores del primer estímulo configurados.
Los datos y gráficos estarán disponibles para su descarga en una hoja de cálculo al hacer clic en el botón "Descargar Datos y Gráficos en Excel".
Los números decimales deben ingresarse con un punto y no una coma. Ejemplo: "0.5" y no "0,5".
Si alguno de los campos que son imprescindibles para la simulación se deja en blanco,
la simulación procederá asumiendo que se ha ingresado
un valor de cero (0) o la cantidad mínima requerida para ese campo.
En caso de igresar un valor por debajo del minimo permitido,se ejecutara
la simulacion como si se hubiera ingresado el minimo valor permitido y en caso de ingresar un valor
superior al maximo permitido, se ejecutara la simulacion como si se hubiera ingresado
el valor maximo permitido para tal o tales items.
Los valores mínimos y máximos establecidos para el comienzo y la duración de cada estímulo se aplican
bajo la premisa de que el valor de la corriente es distinto de cero (0). En caso de que la corriente
sea igual a cero, el valor mínimo se ajustará automáticamente a cero (0).
En cualquier caso donde el valor utilizado para
la simulacion no sea
el ingresado por el usuario, se avisara resaltando en amarillo el cuadro de ingreso del valor.
Si deseas modificar los parámetros de las ecuaciones del modelo de Hindmarsh-Rose,
puedes acceder a la sección Versión Avanzada.
El modelo de Hindmarsh-Rose es un sistema de ecuaciones que describe la actividad neuronal, especialmente los picos y explosiones en el potencial de membrana observados en experimentos con neuronas individuales. Este modelo se compone de tres ecuaciones diferenciales ordinarias no lineales Estas son:
Ecuación del potencial de membrana (x): Esta ecuación representa el cambio
en el potencial de membrana de la neurona a lo largo del tiempo. El término "y" representa una variable
relacionada con el transporte de iones a través de la membrana neuronal (corriente ionica rápida).
Los términos "ax al cubo" "bx al cuadrado"
modelan la influencia de los canales iónicos en la neurona.
El término "z" representa la corriente de adaptación (corriente ionica lenta).
El término "Iext"
representa una corriente externa aplicada a la neurona.
Ecuación de la variable de pico (y): Esta ecuación describe la tasa de cambio de la variable "y", que
se asocia con el transporte de iones y mide la velocidad de los picos en el potencial de membrana. El término
"c" representa una constante que afecta la tasa de cambio de "y",
mientras que "dx cuadrado" y "y" influyen en la dinámica de la variable "y".
Ecuación de la corriente de adaptación (z):Esta ecuación describe cómo cambia la
corriente de adaptación "z" a lo largo del tiempo. "xrest"
es el potencial de membrana de reposo. El término "s(x−x rest)"" representa cómo el potencial
de membrana influye en la corriente de adaptación. El término "r" es un parámetro
que afecta la velocidad de cambio de "z".
Esta ecuaciòn ofrece una amplia gama de comportamientos dinámicos del potencial de membrana, representados
por la variable "x", que abarca incluso comportamientos impredecibles conocidos como dinámica caótica.
Esta característica hace que el modelo de Hindmarsh-Rose sea sorprendentemente accesible y brinde una
representación cualitativamente sólida de los diversos patrones observados experimentalmente.
Parametros de control: El modelo se define por ocho parámetro; "a", "b","c", "d", "r", "s", "xR" e "I". Es común
ajustar algunos de estos parámetros y considerar los demás como parámetros de
control. Usualmente, el parámetro "I" representa la corriente que se introduce en
la neurona y se elige como parámetro de control. Otros parámetros de control frecuentemente
utilizados son "a", "b", "c", "d" y "r". Los primeros cuatro parámetros modelan la operación de los canales
iónicos rápidos, mientras que el último se relaciona
con los canales iónicos lentos. A menudo, se mantienen constantes
los parámetros "s = 4" y "xR = -8/5". Cuando los valores de "a", "b", "c" y "d" se mantienen fijos, se usan
los valores predeterminados "a = 1", "b = 3", "c = 1" y "d = 5". El parámetro "r" controla la escala de tiempo de la
adaptación neuronal y suele tener un valor cercano a 10^-3, mientras que "I" oscila en el rango de -10 a 10.
El modelo de Hindmarsh-Rose es capaz de
simular diferentes patrones de actividad neuronal, incluyendo picos y explosiones en el potencial de membrana.
Las ecuaciones describen cómo las variables "x", "y" y "z" interactúan para generar estos patrones.
A través de la manipulación de los parámetros "a", "b", "c", "d", "r", "s2 y "Iext", es posible obtener
una variedad de comportamientos neuronales observados en experimentos.