Модели организации набора мотонейронов и кодирования частоты в пулах мотоуни́тов

Была смоделирована изометрическая мышечная сила и поверхностная электромиограмма (ЭМГ) на основе модели, предсказывавшей набор и времена разрядов в пуле из 120 мотоуни́тов при различных уровнях возбуждающего потока. Взаимоотношения ЭМГ–сила, полученные в моделировании при различных схемах набора и кодирования частоты, были сопоставлены с экспериментально наблюдаемыми, чтобы определить, какие из смоделированных схем правдоподобно отражают фактическую организацию в пулах мотоуни́тов. Модель включала три компонента: модель мотонейрона, модель силы мотоуни́та и модель поверхностной ЭМГ. Входом в модель мотонейрона служила функция возбуждающего потока, представляющая суммарный синаптический вход к мотонейронам во время произвольных мышечных сокращений. Пороги набора были назначены так, что многие мотонейроны имели низкие пороги, а относительно немногие — высокие. Частота разрядов мотонейронов возрастала линейно с увеличением возбуждающего потока между порогом набора и уровнем пикового частотного разряда. Последовательность времен разрядов для каждого мотонейрона моделировалась как случайный процесс возобновления. Силу тви́ча мотоуни́та оценивали как импульсную характеристику критически затухающей системы второго порядка. Амплитуды тви́ча назначались в соответствии с рангом в порядке набора, а времена сокращения тви́ча были обратно пропорциональны его амплитуде. Нелинейное поведение связь «сила–частота разрядов» моделировали путем изменения коэффициента усиления силы мотоуни́та в зависимости от мгновенной частоты разрядов и времени сокращения единицы. Общая сила, создаваемая мышцей, вычислялась как сумма сил мотоуни́тов. Потенциалы действия мотоуни́тов моделировали на основе оценок числа и расположения мышечных волокон мотоуни́та и скорости проведения потенциалов по волокну. Предполагалось, что число иннервируемых волокон каждого юнита прямо пропорционально силе тви́ча. Площадь мышцы, охватывающая волокна юнита, была пропорциональна числу иннервируемых волокон, а территории мотоуни́тов случайным образом распределялись в поперечном сечении мышцы. Скорости проведения потенциалов действия оценивались как обратная функция времени сокращения. Последовательность времен разрядов, предсказанная моделью мотонейрона, определяла возникновение каждого потенциала действия мотоуни́та. Поверхностная ЭМГ синтезировалась как сумма всех по́ездов потенциалов действия мотоуни́тов. Были протестированы два условия набора: узкий (предел набора < 50% максимального возбуждения) и широкий диапазон набора (предел набора > 70% максимального возбуждения). (Аннотация усечена до 400 слов.)