J 2025

Chaos links dendritic calcium to bursting in hippocampal pyramidal cells

PŘIBYLOVÁ, Lenka; Jan ŠEVČÍK; Tomáš HALMAZŇA; Štěpán HUSA; Lucia KAJANOVÁ et al.

Základní údaje

Originální název

Chaos links dendritic calcium to bursting in hippocampal pyramidal cells

Autoři

PŘIBYLOVÁ, Lenka; Jan ŠEVČÍK ORCID; Tomáš HALMAZŇA; Štěpán HUSA; Lucia KAJANOVÁ; Peter MALÁRIK; Miroslav POLÁCH; Štěpán ZAPADLO a Veronika ECLEROVÁ

Vydání

Chaos, Solitons & Fractals, Elsevier Ltd, 2025, 0960-0779

Další údaje

Jazyk

angličtina

Typ výsledku

Článek v odborném periodiku

Obor

10100 1.1 Mathematics

Stát vydavatele

Velká Británie a Severní Irsko

Utajení

není předmětem státního či obchodního tajemství

Odkazy

Impakt faktor

Impact factor: 5.600 v roce 2024

Označené pro přenos do RIV

Ano

Organizační jednotka

Přírodovědecká fakulta

EID Scopus

Klíčová slova anglicky

Neuronal bursting; Pinsky–Rinzel model; Chaos; Theta–gamma coupling; Epileptiform activity

Štítky

Příznaky

Mezinárodní význam, Recenzováno
Změněno: 29. 5. 2025 08:46, Mgr. Marie Novosadová Šípková, DiS.

Anotace

V originále

We perform a multi-parameter bifurcation analysis of the Pinsky–Rinzel neuron model. Varying input currents to the soma and dendrite allows for the emergence of multiple dynamical regimes, including resting states, periodic cycles, tori, and chaotic states. The existence of tori implies the coexistence of two distinct frequency bands, which may underlie theta–gamma coupling observed in hippocampal activity. Additionally, a comprehensive bifurcation analysis reveals a novel type of chaotic attractor spanning a wide parameter region defined by inward currents to the soma and dendrite of a pyramidal neuron. This attractor facilitates the coexistence of two distinct bursting regimes as responses to the same stimulus. These bursting patterns, both previously observed experimentally in vivo and in vitro, primarily differ in dendritic calcium levels, with one exhibiting significantly elevated calcium concentrations. In this study, we introduce a robust method for identifying the bifurcation boundary of a global attractor associated with bursting behavior. The method is based on a comparative analysis of numerical continuation and grid-based simulations and can be applied analogously to other models. This rigorous approach not only provides a mechanistic explanation for experimentally observed concurrent neuronal responses to identical stimuli but also demonstrates that the Pinsky–Rinzel model, despite simplifying the pyramidal cell into two compartments, effectively captures a wide range of dynamical regimes present in pyramidal cell signaling. Moreover, it highlights the model’s robustness in describing complex neuronal dynamics, including epileptic activity.

Návaznosti

MUNI/A/1457/2023, interní kód MU
Název: Specifický výzkum v odborné, aplikované a učitelské matematice 2024
Investor: Masarykova univerzita, Specifický výzkum v odborné, aplikované a učitelské matematice 2024
MUNI/G/1213/2022, interní kód MU
Název: Mathematical modeling of very and ultra-fast oscillations in EEG signals
Investor: Masarykova univerzita, Mathematical modeling of very and ultra-fast oscillations in EEG signals, INTERDISCIPLINARY - Mezioborové výzkumné projekty