NEURON: un entorno para simular redes neuronales

Comentamos en este artículo algunos aspectos relevantes del entorno de simulación computacional NEURON, tal y como aparece reflejado en el libro de Cambridge University Press, y cuya autoría corresponde a Nicholas T. Carnevale y Michael L. Hines. Inicialmente, NEURON fue diseñado para la modelización de neuronas individuales pero, desde hace ya tiempo, se emplea para simular redes. Para crear y usar un modelo de redes, hay que empezar definiendo los tipos de células, situar cada célula en la red, conectar las neuronas y ajustar los parámetros y los controles para hacer correr las simulaciones. Partiendo de una red totalmente conectada, cada célula se proyecta a las demás células pero nunca a sí misma. Las neuronas se activan espontáneamente y cada una tiene su propio intervalo entre potenciales. Cada potencial es seguido por una hiperpolarización del estado de la membrana que decae exponencialmente a un nivel por encima del umbral.

El valor inicial por defecto de todos los pesos sinápticos es 0 pero la herramienta NetWork Builder permite cambiar los pesos. Junto a ArtCellGUI se consigue una completa especificación de un modelo para redes. Pero la red todavía no existe y hay que pulsar el botón Create. Para observar qué hace la red, hay que apretar el botón de SpikePlot, el cual mostrará los trenes de ondas de entrada y de salida. Un panel de RunControl facilitará el control de la simulación y hará uso de un mecanismo de integración adaptativa para conseguir rápidas simulaciones a través de pasos temporales globales o locales. El panel de VariableTimeStep permite utilizar pasos temporales globales, que son los más adecuados para modelizar células sencillas o redes perfectamente sincrónicas.

Para cambiar las propiedades de una red neuronal existente se usa la herramiente NetReadyCellGUI. De hecho, habría que emplear una instancia separada de la herramienta para cada tipo diferente de modelo neuronal biofísico. El NetReadyCellGUI tiene su propio CellBuilder para especificar la topología, geometría y las propiedades biofísicas más una herramienta SynapseTypes que sirve para añadir mecanismos sinápticos a la célula. Sin embargo, los cambios realizados mediante NetReadyCellGUI no afectan a una red ya existente, por lo que es necesario salvar el archivo de la sesión, salir de NEURON y reiniciar y recargar el archivo de la sesión. Aunque los cambios pueden ser hechos en el NetWork Builder, lo mejor es ir a Create off y realizar los cambios necesitados, salvando el archivo y saliendo de NEURON.