Sensitivity of neuronal electrical properties to the alterations in the oblique dendritic arbor in detailed pyramidal cell models

Morphological properties of a neuron affect its electrical signaling, contributing to the variability of the neuronal responses. Even assigned to the same functional type, neurons can significantly vary in their morphological characteristics. Previous works demonstrated that the morphology of the pyramidal neurons, and in particular of its dendrites, can alter the firing properties of the cell. At the soma, we measured a set of electrical features, and along the apical trunk, we recorded calcium transients and voltages generated by back-propagating action potentials. In particular, we assessed the sensitivity of electrical features by applying local alterations of oblique branch diameters. From our preliminary results, we observe that the somatic input resistance has a decreased sensitivity to diameters as a function of path distance to soma. We then investigated on the impact of oblique branching order on the somatic electrical features by collapsing all the oblique trees. The features don't particularly shift from their original value, and we found no statistical significance between the features measured before and after collapsing the obliques. Moreover, we observed that dendrotomy of oblique branches can lead to a decrease of calcium concentration up to 40% along the trunk during back-propagating action potentials (bAP) propagation. Surprisingly, when each oblique branch is considered independently, their sizes and location along the trunk and with respect to other obliques may result in positive or negative contributions to the calcium concentration in the trunk. These results highlight the impact of oblique dendrite morphology on the electrical properties of the cell, emphasizing their role in the dynamics of intracellular calcium concentration in dendrites.

Le proprietà morfologiche del neurone influenzano le sue proprietà elettriche, contribuendo alla variabilità delle risposte neuronali. Anche se appartenenti allo stesso tipo funzionale, i neuroni possono variare notevolmente nelle loro caratteristiche morfologiche. Numerosi studi hanno dimostrato che la morfologia dei neuroni piramidali, e in particolare dei suoi dendriti, può alterare le proprietà di attivazione della cellula. Abbiamo quindi misurato una serie di caratteristiche elettriche nel soma e, lungo il tronco apicale, abbiamo registrato i transienti di calcio e la tensione generata dalla retro-propagazione del potenziale d'azione. In particolare, abbiamo valutato la sensibilità delle caratteristiche elettriche applicando alterazioni locali del diametro dei dendriti apicali. Dai risultati ottenuti, abbiamo osservato che la sensibilità delle proprietà elettriche somatiche ai cambiamenti di diametro si riduce in funzione della distanza dal soma. Abbiamo poi analizzato l'impatto dell'ordine di ramificazione dei dendriti obliqui sulle proprietà elettriche somatiche collassando ogni albero obliquo ad un singolo ramo. Le caratteristiche elettriche non si discostano particolarmente dai loro valori originali, e non è presente significatività statistica tra le proprietà elettriche misurate prima e dopo aver collassato i dendriti. Inoltre, abbiamo osservato che la dendrotomia totale degli obliqui può provocare una diminuzione della concentrazione di calcio intracellulare fino al 40% rispetto al suo valore originale lungo il tronco apicale durante la propagazione di un potenziale retrogrado. Sorprendentemente, se si considera ciascun ramo obliquo in modo indipendente, le sue dimensioni e la sua posizione lungo il tronco apicale e rispetto ad altri rami obliqui, possono causare un contributo positivo o negativo nella concentrazione di calcio nel tronco. Questi risultati evidenziano l'impatto della morfologia dei dendriti obliqui sulle proprietà elettriche della cellula, sottolineando il loro ruolo nella dinamica della concentrazione di calcio intracellulare nel dendrite.