Computer-gestützte Simulation der elektrophysiologischen Eigenschaften einer neocorticalen Pyramidenzelle der Ratte auf der Basis ihrer morphometrischen Charakteristika

Auf der Grundlage von elektrophysiologischen Messungen und konfokalen Schichtbildern einer neocorticalen Pyramidenzelle der Ratte wurde ein Computermodell dieser Zelle erstellt, das es erlaubt, elektrophysiologische Eigenschaften des Neurons zu simulieren. Mithilfe der Patch Clamp-Technik in der Ganzzell-Konfiguration wurden die intrinsischen elektrophysiologischen Eigenschaften des Neurons in vitro bestimmt. Hierzu gehörten: Membranpotential, Eingangswiderstand, somatische Membran¬zeitkonstante und das Strom-Spannungs-Verhalten. Während der Messung wurde in das Neuron der Marker Biocytin injiziert und danach zur mikroskopischen Darstellung mit einem fluoreszierenden Antikörper sichtbar gemacht. Die Schichtbilder der Zelle wurden mit einem konfokalen Lasermikroskop aufgenommen. Das Hintergrundrauschen der Aufnahmen wurde mit einer im Rahmen dieser Arbeit entwickelten Software reduziert und so das Signal-Rausch-Verhältnis um den Faktor 20 verbessert. Aus den Bildern wurde im Computer mithilfe der Software NeuronStudio (Wearne et al. 2005) ein morphometrisches 3 D-Modell erstellt. Das 3 D-Modell wurde als Kompartimentmodell nach Rall (1977) in die Simulationssoftware NEURON (Hines und Carnevale 1997) übernommen, wo die Patch Clamp-Versuche in einer Computersimulation nachgestellt wurden. Durch Einfügen von geeigneten Ionenleitfähigkeiten in unterschiedliche Kompartimente des Modellneurons konn-ten mit diesem Programm die elektrophysiologischen Eigenschaften der Pyramidenzelle vor allem im unterschwelligen Bereich gut simuliert werden. Das Modell ermöglicht somit überprüfbare Aussagen über die Eigenschaften der Ionenleitfähigkeiten, die zum unterschwelligen elektrophysiologischen Verhalten der Zelle beitragen. Zudem können Hypothesen zum Einfluss verschiedener Ionenleitfähigkeiten auf das Gesamtzellverhalten erstellt und durch Experimente verifiziert oder falsifiziert werden