1. Computational quest for understanding the role of astrocyte signaling in synaptic transmission and plasticity
- Author
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Maurizio eDe Pitta', Vladislav eVolman, Hugues eBerry, Vladimir eParpura, Andrea eVolterra, Eshel eBen-Jacob, De Pittà, Maurizio, Ben-Jacob, Eshel, School of Physics and Astronomy [Tel Aviv], Tel Aviv University [Tel Aviv], Center for Theoretical Biological Physics (CTBP), University of San Diego, Computational Neurobiology Laboratory (CNL), The Salk Institute for Biological Studies, Inria Grenoble - Rhône-Alpes, Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria), Laboratoire d'InfoRmatique en Image et Systèmes d'information (LIRIS), Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-École Centrale de Lyon (ECL), Université de Lyon-Université Lumière - Lyon 2 (UL2), Artificial Evolution and Computational Biology (BEAGLE), Laboratoire de Biométrie et Biologie Evolutive - UMR 5558 (LBBE), Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-VetAgro Sup - Institut national d'enseignement supérieur et de recherche en alimentation, santé animale, sciences agronomiques et de l'environnement (VAS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-VetAgro Sup - Institut national d'enseignement supérieur et de recherche en alimentation, santé animale, sciences agronomiques et de l'environnement (VAS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Inria Grenoble - Rhône-Alpes, Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Laboratoire d'InfoRmatique en Image et Systèmes d'information (LIRIS), Université de Lyon-Université Lumière - Lyon 2 (UL2)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École Centrale de Lyon (ECL), Department of Biotechnology [Rijeka], University of Rijeka, Department of Neurobiology [Birmingham] (UAB), University of Alabama [Tuscaloosa] (UA), Department of Basic Neurosciences, Université de Lausanne (UNIL), The authors' research was supported by the Tauber Family Foundation (MDP and EBJ), the Italy-Israel Joint Neuroscience Lab(MDP), the Maguy-Glass Chair in Physics of Complex Systems at Tel Aviv University (EBJ), the Center for Theoretical Biological Physics at Rice University sponsored by the National Science Fundation (NSF) (grant PHY-0822283) (EBJ), the NSF program in Physics of Living Systems (PoLS) at the University of Michigan (grant PHY-1058034) (EBJ), the National Institute of Health (grants R01 NS059740 and R01 NS060870 to T. Sejnowski and M. Bazhenov) (VV), the High Council for Scientific and Technological Cooperation between France-Israel (HB), the National Science Foundation (grant CBET 0943343) (VP), and the Swiss National Science Foundation (grant 31003A-140999 and NCCRs 'Synapsy' and 'Transcure') (AV)., School of Physics and Astronomy [Tel Aviv] (TAU), Raymond and Beverly Sackler Faculty of Exact Sciences [Tel Aviv] (TAU), Tel Aviv University (TAU)-Tel Aviv University (TAU), Université Lumière - Lyon 2 (UL2)-École Centrale de Lyon (ECL), Université de Lyon-Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Lumière - Lyon 2 (UL2)-École Centrale de Lyon (ECL), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Inria Grenoble - Rhône-Alpes, Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Laboratoire de Biométrie et Biologie Evolutive - UMR 5558 (LBBE), Université de Lyon-Université de Lyon-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-VetAgro Sup - Institut national d'enseignement supérieur et de recherche en alimentation, santé animale, sciences agronomiques et de l'environnement (VAS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-VetAgro Sup - Institut national d'enseignement supérieur et de recherche en alimentation, santé animale, sciences agronomiques et de l'environnement (VAS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), and Université de Lausanne = University of Lausanne (UNIL)
- Subjects
Bioinformatics ,[SDV.NEU.NB]Life Sciences [q-bio]/Neurons and Cognition [q-bio.NC]/Neurobiology ,Neuroscience (miscellaneous) ,cortical maps ,calcium encoding ,calcium signaling ,astrocyte modeling ,gliotransmission ,astrocyte-synapse interactions ,synaptic plasticity ,metaplasticity ,Review Article ,Neurotransmission ,Biology ,Synaptic Transmission ,lcsh:RC321-571 ,modelling ,03 medical and health sciences ,Cellular and Molecular Neuroscience ,0302 clinical medicine ,Calcium encoding ,astrocyte ,Neurobiology ,signalisation ,Tripartite synapse ,Metaplasticity ,lcsh:Neurosciences. Biological psychiatry. Neuropsychiatry ,030304 developmental biology ,Calcium signaling ,0303 health sciences ,calcium ,[SCCO.NEUR]Cognitive science/Neuroscience ,Information processing ,[SDV.BIBS]Life Sciences [q-bio]/Quantitative Methods [q-bio.QM] ,Neurobiologie ,Astrocytes ,Synaptic plasticity ,plasticité synaptique ,Bio-informatique ,Neurosciences (Sciences cognitives) ,Signal transduction ,[INFO.INFO-BI]Computer Science [cs]/Bioinformatics [q-bio.QM] ,Neuroscience ,030217 neurology & neurosurgery - Abstract
International audience; The complexity of the signaling network that underlies astrocyte-synapse interactions may seem discouraging when tackled from a theoretical perspective. Computational modeling is challenged by the fact that many details remain hitherto unknown and conventional approaches to describe synaptic function are unsuitable to explain experimental observations when astrocytic signaling is taken into account. Supported by experimental evidence is the possibility that astrocytes perform genuine information processing by means of their calcium signaling and are players in the physiological setting of the basal tone of synaptic transmission. Here we consider the plausibility of this scenario from a theoretical perspective, focusing on the modulation of synaptic release probability by the astrocyte and its implications on synaptic plasticity. The analysis of the signaling pathways underlying such modulation refines our notion of the tripartite synapse and has profound implications on our understanding of brain function.
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- 2012
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