2012
DOI: 10.1007/s10827-012-0398-4
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Models of passive and active dendrite motoneuron pools and their differences in muscle force control

Abstract: Motoneuron (MN) dendrites may be changed from a passive to an active state by increasing the levels of spinal cord neuromodulators, which activate persistent inward currents (PICs). These exert a powerful influence on MN behavior and modify the motor control both in normal and pathological conditions. Motoneuronal PICs are believed to induce nonlinear phenomena such as the genesis of extra torque and torque hysteresis in response to percutaneous electrical stimulation or tendon vibration in humans. An existing… Show more

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“…A complete description of the mathematical models implemented in the simulator may be found elsewhere (Cisi and Kohn, 2008;Elias et al, 2012a). Briefly, the simulator provides a detailed modeling of four spinal motor nuclei that command leg muscles responsible for ankle extension (Soleus -SOL; Gastrocnemius Medialis -GM; Gastrocnemius Lateralis -GL) and ankle flexion (Tibialis Anterior -TA).…”
Section: General Structurementioning
confidence: 99%
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“…A complete description of the mathematical models implemented in the simulator may be found elsewhere (Cisi and Kohn, 2008;Elias et al, 2012a). Briefly, the simulator provides a detailed modeling of four spinal motor nuclei that command leg muscles responsible for ankle extension (Soleus -SOL; Gastrocnemius Medialis -GM; Gastrocnemius Lateralis -GL) and ankle flexion (Tibialis Anterior -TA).…”
Section: General Structurementioning
confidence: 99%
“…Recently, an L-type Ca ++ channel was added to the dendritic compartment to account for the persistent inward current (PIC), which is activated by the presence of neuromodulators (e.g., serotonin and norepinephrine) in the spinal cord (Elias and Kohn, 2013;Heckman et al, 2009). The level of neuromodulation can be adjusted to set the PIC magnitude during the simulation of different motor tasks (Elias and Kohn, 2013;Elias et al, 2012a). In addition, synaptically activated conductances (excitatory and inhibitory) are included in both somatic and dendritic compartments.…”
Section: General Structurementioning
confidence: 99%
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“…Especificamente, para o sistema neuromuscular humano, modelos matemáticos multiescala (que representam mecanismos operando em níveis celulares e/ou moleculares até elementos macroscópicos, como os processos de geração e controle da força muscular) têm possibilitado estudos sobre os comportamentos dinâmicos de redes de motoneurônios alfa (MNs) controlando a geração de força muscular [1][2][3][4][5]. Estes estudos fornecem subsídios conceituais para uma maior compreensão de aspectos neurofisiológicos do controle motor, como, por exemplo: i) os papéis do recrutamento e da modulação da frequência de disparos de potenciais de ação (PAs) na relação força-EMG [1]; ii) a atuação de vias de realimentação sensorial no controle da força muscular [2]; iii) o efeito de condições patológicas no controle reflexo da força [3]; e iv) o efeito de entradas neuromodulatórias na atividade de MNs individuais e na variabilidade da força muscular [4]. Além destas aplicações científicas importantes, modelos computacionais do sistema nervoso e muscular podem ser utilizados como ferramentas didáticas em cursos de Neurociências e Controle Motor [5].…”
Section: Introductionunclassified
“…O primeiro está associado, em algum grau, à plausibilidade biológica do modelo e à sua eficiência computacional, enquanto o segundo está relacionado ao uso de linguagens de programação livres, versáteis, de fácil aprendizado e utilização para os pesquisadores das diferentes áreas do conhecimento. Do ponto de vista do sistema neuromuscular, alguns dos modelos citados anteriormente [1][2][3][4][5], embora apresentem uma boa fidelidade biológica, foram desenvolvidos em plataformas proprietárias (e.g. Matlab) ou em linguagens que não são tipicamente utilizadas atualmente por pesquisadores na área de Neurociências, criando, portanto, barreiras adicionais à ampla utilização destes modelos.…”
Section: Introductionunclassified