Максимізація селективності ольфакторного рецепторного нейрона в підпороговому режимі
DOI:
https://doi.org/10.15407/ujpe68.4.266Ключові слова:
ольфакторний рецепторний нейрон, селективнiсть, пiдпороговий режим, флуктуацiїАнотація
Ранiше було вiдомо, що представлення запахiв ольфакторному рецепторному нейрону (ОРН) в пiдпороговiй концентрацiї, тобто коли середнє значення кiлькостi його зв’язаних рецепторних бiлкiв (РБ) недостатнє для генерацiї спайкiв, але така генерацiя все ж можлива завдяки флуктуацiям навколо середнього, селективнiсть ОРН може бути вищою, нiж при вищих концентрацiях i, зокрема, вищою, нiж у його РБ. У цiй роботi для спрощеної моделi ОРН знайдено значення оптимальної концентрацiї для забезпечення найвищої селективностi i виведено залежнiсть найвищої селективностi вiд повної кiлькостi N РБ в ОРН i їх порогового значення N0. Ефект покращення селективностi в пiдпороговому режимi проявляється найкраще, коли N0 близьке до одиницi, або до N. Також вiн краще проявляється для бiльших N.
Посилання
K.J. Ressler, S.L. Sullivan, L.B. Buck. Information coding in the olfactory system: evidence for a stereotyped and highly organized epitope map in the olfactory bulb. Cell 79, 1245 (1994).
https://doi.org/10.1016/0092-8674(94)90015-9
A. Duchamp. Electrophysiological responses of olfactory bulb neurons to odour stimuli in the frog. a comparison with receptor cells. Chem. Sens. 7, 191 (1982).
https://doi.org/10.1093/chemse/7.2.191
W. Rall, G.M. Shepherd. Theoretical reconstruction of field potentials and dendrodendritic synaptic interactions in olfactory bulb. J, Neurophysiol. 31, 884 (1968).
https://doi.org/10.1152/jn.1968.31.6.884
A.K. Vidybida. Possible stochastic mechanism for improving the selectivity of olfactory projection neurons. Neurophysiology 51, 152 (2019).
https://doi.org/10.1007/s11062-019-09808-6
J.G. Hildebrand, G.M. Shepherd. Mechanisms of olfactory discrimination: Converging evidence for common principles across phyla. Annu. Rev. Neurosci. 20, 595 (1997).
https://doi.org/10.1146/annurev.neuro.20.1.595
L.B. Buck. The molecular architecture of odor and pheromone sensing in mammals. Cell 100, 611 (2000).
https://doi.org/10.1016/S0092-8674(00)80698-4
B. Malnic, J. Hirono, T. Sato, L.B. Buck. Combinatorial receptor codes for odors. Cell 96, 713 (1999).
https://doi.org/10.1016/S0092-8674(00)80581-4
A. Vidybida. Harnessing thermal fluctuations for selectivity gain. In 2022 IEEE International Symposium on Olfaction and Electronic Nose (ISOEN) (2022), p. 1.
https://doi.org/10.1109/ISOEN54820.2022.9789678
C.G. Galizia, D. Munch, M. Strauch, A. Nissler, Shouwen Ma. Integrating heterogeneous odor response data into a common response model: A door to the complete olfactome. Chem. Sens. 35, 551 (2010).
https://doi.org/10.1093/chemse/bjq042
A.B. Lamine, Y. Bouazra. Application of statistical thermodynamics to the olfaction mechanism. Chem. Sens. 22, 67 (1997).
https://doi.org/10.1093/chemse/22.1.67
K. Sato, M. Pellegrino, T. Nakagawa, T. Nakagawa, L.B. Vosshall, K. Touhara. Insect olfactory receptors are heteromeric ligand-gated ion channels. Nature 452, 1002 (2008).
https://doi.org/10.1038/nature06850
G.V. Ronnett, Ch. Moon. G proteins and olfactory signal transduction. Annu. Rev. Physiol. 64, 189 (2002).
https://doi.org/10.1146/annurev.physiol.64.082701.102219
A. Menini, C. Picco, S. Firestein. Quantal-like current fluctuations induced by odorants in olfactory receptor cells. Nature 373, 435 (1995).
https://doi.org/10.1038/373435a0
M. Chastrette, T. Thomas-Danguin, E. Rallet. Modelling the human olfactory stimulus-response function. Chem. Sens. 23, 181 (1998).
https://doi.org/10.1093/chemse/23.2.181
B.V. Gnedenko. Theory of Probability. 6th Edition (CRC Press, 1998).
K-E Kaissling. Olfactory perireceptor and receptor events in moths: A kinetic model. Chem. Sens. 26, 125 (2001).
https://doi.org/10.1093/chemse/26.2.125
E. Williams, A. Dewan. Olfactory detection thresholds for primary aliphatic alcohols in mice. Chem. Sens. 45, 513 (2020).
https://doi.org/10.1093/chemse/bjaa045
V. Bhandawat, J. Reisert, K-W Yau. Signaling by olfactory receptor neurons near threshold. Proc. Nat. Acad. Sci. USA 107, 18682 (2010).
https://doi.org/10.1073/pnas.1004571107
A. Nagashima, K. Touhara. Enzymatic conversion of odorants in nasal mucus affects olfactory glomerular activation patterns and odor reception. J. Neurosci. 30, 16391 (2010).
https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.2527-10.2010
B. Bryche, C. Baly, N. Meunier. Modulation of olfactory signal detection in the olfactory epithelium: focus on the internal and external environment, and the emerging role of the immune system. Cell Tissue Res. 384, 589 (2021).
https://doi.org/10.1007/s00441-021-03467-y
K. Persaud, G. Dodd. Analysis of discrimination mechanisms in the mammalian olfactory system using a model nose. Nature 299, 352 (1982).
https://doi.org/10.1038/299352a0
B. Raman, M. Stopfer, S. Semancik. Mimicking biological design and computing principles in artificial olfaction. ACS Chem. Neurosci. 2, 487 (2011).
https://doi.org/10.1021/cn200027r
C. Hurot, N. Scaramozzino, A. Buhot, Y. Hou. Bio-inspired strategies for improving the selectivity and sensitivity of artificial noses: A review. Sensors 20, 1803 (2020).
https://doi.org/10.3390/s20061803
I.S. Kucherenko, O.O. Soldatkin, S.V. Dzyadevych, A.P. Soldatkin. Electrochemical biosensors based on multienzyme systems: Main groups, advantages and limitations - a review. Analyt. Chim. Acta 1111, 114 (2020).
https://doi.org/10.1016/j.aca.2020.03.034
S. Kim, R. Lee, D. Kwon, T-H. Kim, T.J. Park, S-J. Choi, H-S. Mo, D.H. Kim, B-G. Park. Multiplexed silicon nanowire tunnel fet-based biosensors with optimized multisensing currents. IEEE Sensor. J. 21, 8839 (2021).
https://doi.org/10.1109/JSEN.2021.3054052
G. Antunes, A.M. Sebasti˜ao, F.M.S. de Souza. Mechanisms of regulation of olfactory transduction and adaptation in the olfactory cilium. PLOS Comput. Biol. 9, e105531 (2014).
https://doi.org/10.1371/journal.pone.0105531
J. Joseph, F.A. Dunn, M. Stopfer. Spontaneous olfactory receptor neuron activity determines follower cell response properties. J. Neurosci. 32, 2900 (2012).
https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.4207-11.2012
J. Smulko, C-G. Granqvist, L.B. Kish. On the statistical analysis of noise in chemical sensors and its application for sensing. Fluct. Noise Lett. 01, L147 (2001).
https://doi.org/10.1142/S0219477501000366
G. Scandurra, J. Smulko, L.B. Kish. Fluctuation-enhanced sensing (FES): A promising sensing technique. Appl. Sci. 10, 5818 (2020).
Downloads
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Ліцензійний Договір
на використання Твору
м. Київ, Україна
Відповідальний автор та співавтори (надалі іменовані як Автор(и)) статті, яку він (вони) подають до Українського фізичного журналу, (надалі іменована як Твір) з одного боку та Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України в особі директора (надалі – Видавець) з іншого боку уклали даний Договір про таке:
1. Предмет договору.
Автор(и) надає(ють) Видавцю безоплатно невиключні права на використання Твору (наукового, технічного або іншого характеру) на умовах, визначених цим Договором.
2. Способи використання Твору.
2.1. Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору таким чином:
2.1.1. Використовувати Твір шляхом його видання в Українському фізичному журналі (далі – Видання) мовою оригіналу та в перекладі на англійську (погоджений Автором(ами) і Видавцем примірник Твору, прийнятого до друку, є невід’ємною частиною Ліцензійного договору).
2.1.2. Переробляти, адаптувати або іншим чином змінювати Твір за погодженням з Автором(ами).
2.1.3. Перекладати Твір у випадку, коли Твір викладений іншою мовою, ніж мова, якою передбачена публікація у Виданні.
2.2. Якщо Автор(и) виявить(лять) бажання використовувати Твір в інший спосіб, як то публікувати перекладену версію Твору (окрім випадку, зазначеного в п. 2.1.3 цього Договору); розміщувати повністю або частково в мережі Інтернет; публікувати Твір в інших, у тому числі іноземних, виданнях; включати Твір як складову частину інших збірників, антологій, енциклопедій тощо, то Автор(и) мають отримати на це письмовий дозвіл від Видавця.
3. Територія використання.
Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору способами, зазначеними у п.п. 2.1.1–2.1.3 цього Договору, на території України, а також право на розповсюдження Твору як невід’ємної складової частини Видання на території України та інших країн шляхом передплати, продажу та безоплатної передачі третій стороні.
4. Строк, на який надаються права.
4.1. Договір є чинним з дати підписання та діє протягом усього часу функціонування Видання.
5. Застереження.
5.1. Автор(и) заявляє(ють), що:
– він/вона є автором (співавтором) Твору;
– авторські права на даний Твір не передані іншій стороні;
– даний Твір не був раніше опублікований і не буде опублікований у будь-якому іншому виданні до публікації його Видавцем (див. також п. 2.2);
– Автор(и) не порушив(ли) права інтелектуальної власності інших осіб. Якщо у Творі наведені матеріали інших осіб за виключенням випадків цитування в обсязі, виправданому науковим, інформаційним або критичним характером Твору, використання таких матеріалів здійснене Автором(ами) з дотриманням норм міжнародного законодавства і законодавства України.
6. Реквізити і підписи сторін.
Видавець: Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України.
Адреса: м. Київ, вул. Метрологічна 14-б.
Автор: Електронний підпис від імені та за погодження всіх співавторів.
.png){kind=small}
