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SIMULACIÓN COMPUTACIONAL INTERACTIVA DEL GENERADOR CENTRAL DE
PATRONES DE LA MÉDULA ESPINAL
Méndez-Fontus I.1, Martín M.1, Manjarrez E.2
1Facultad
de Ciencias de la Computación e 2 Instituto de Fisiología, Benemérita Universidad Autónoma de
Puebla.
El objetivo del presente trabajo fue desarrollar un programa computacional interactivo en java
que simula el comportamiento de la red neuronal del generador central de patrones (GCP) de
la médula espinal, en una configuración asimétrica de doble capa. La red está compuesta por
un número programable de GCPs unitarios acoplados longitudinalmente y conectados entre
si por medio de sinapsis excitatorias, de acuerdo al modelo de “unidad generadora de
ráfagas” descrito por Grillner. Cada GCP unitario reproduce una arquitectura asimétrica,
compuesta por dos capas: una capa “generadora del ritmo” y una capa “formadora de
patrones”, como la descrita por Brownstone y Wilson. Para simular los potenciales de acción
de las neuronas del GCP usamos el modelo de FitzHugh-Nagumo, y para simular la
descarga eléctrica de las motoneuronas empleamos la fórmula de Izhikevich. Los potenciales
sub-umbrales se simulan por medio del modelo reducido de conductancia sináptica
propuesto por Destexhe. Las ecuaciones diferenciales se resuelven numéricamente por
medio del método Runge-Kutta de cuarto orden. En nuestro programa computacional, se
pueden modificar los parámetros relacionados con la representación de las neuronas y las
sinapsis, los parámetros del algoritmo de integración numérica, la cantidad de neuronas en
cada población neuronal, el número de GCPs unitarios, el ruido sináptico y la diversidad en
los valores de los parámetros del circuito neuronal. Además, nuestro programa ofrece un
ambiente integrado de trabajo, en donde es posible almacenar y ejecutar las configuraciones
diseñadas para alguna simulación específica. Nuestras simulaciones también permiten
visualizar en tiempo real una representación en tres dimensiones de la red neuronal. Los
resultados numéricos obtenidos muestran similitudes con los registros de potenciales
eléctricos de tipo sinusoidal durante el rascado ficticio en el gato. Particularmente, los
resultados reproducen el fenómeno de propagación de ondas eléctricas sinusoidales en la
médula espinal, la frecuencia de los ciclos, así como la relación entre la duración de estas
ondas y la duración de las descargas de los nervios de músculos flexores y extensores,
relacionados con el rascado ficticio. Además, hemos logrado reproducir episodios que
presentan ausencias no reiniciadotas, en donde la actividad de una motoneurona
desaparece, pero la fase de las oscilaciones del GCP espinal se mantiene. Concluimos que
nuestro programa computacional es útil para entender de manera interactiva la arquitectura y
el complejo comportamiento del GCP espinal.