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A computational model of altered neuronal activity in altered gravity

Gontier, Camille und Drouvé, Laura und Striebel, Johannes und Sturm, Maximilian und Meerholz, Zoe und Schunk, Sarah und Lichterfeld, Yannick und Liemersdorf, Christian (2026) A computational model of altered neuronal activity in altered gravity. npj Microgravity, 12 (1), Seite 70. Nature Publishing Group. doi: 10.1038/s41526-026-00644-7. ISSN 2373-8065.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
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Offizielle URL: https://dx.doi.org/10.1038/s41526-026-00644-7

Kurzfassung

Electrophysiological experiments have shown that neuronal activity changes upon exposure to altered gravity. More specifically, neurons’ firing rates increase during microgravity and decrease during centrifugal-induced hypergravity. Different biophysical explanations have been proposed for this phenomenon; however, they have not been backed by quantitative analyses or simulations. More generally, classical computational models of neurons and networks do not account for the effect of altered gravity, which limits the possibility to perform in-silico experiments and simulations. Here, we propose computational implementations for different effects of altered gravity on cellular functions, and modify existing models to account for the effect of micro- and hyper-gravity. Firstly, in line with previous experiments, we suggest that microgravity could be modeled as an increase in the voltage-dependent channel transition rates, which is assumed to be the result of a higher membrane fluidity and can be readily implemented into the Hodgkin–Huxley model. Using in silico simulations of single neurons, we show that this model of the influence of gravity on neuronal activity allows for reproducing the observed increased firing and burst rates. Secondly, we explore the role of mechano-gated (MG) ion channels on population activity. We show that recordings can be fitted by a network of connected excitatory neurons, whose activity is balanced by firing rate adaptation. Adding a small depolarizing current to account for the activation of MG channels also reproduces the observed increased firing and burst rates. Overall, our results fill an important gap in the literature, by providing a computational link between altered gravity and neuronal activity. Starting from historical observations of the effects of gravity on cellular functions, we derived gravity-sensitive models of neurons and networks, whose predictions could be refined using future experiments.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/227705/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:A computational model of altered neuronal activity in altered gravity
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Gontier, CamilleLIDE Space, Louvain-la-Neuve, Belgium and INRIA Center at University of Lorraine, Strasbourg, FranceNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Drouvé, LauraLaura.Drouve (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Striebel, JohannesDepartment of Ophthalmology, Medical Faculty, University of Bonn, Bonn, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Sturm, MaximilianMaximilian.Sturm (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Meerholz, ZoeZoe.Meerholz (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Schunk, SarahSarah.Schunk (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-9968-6123NICHT SPEZIFIZIERT
Lichterfeld, YannickYannick.Lichterfeld (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-8755-9920NICHT SPEZIFIZIERT
Liemersdorf, ChristianChristian.Liemersdorf (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-8407-5226NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:7 August 2026
Erschienen in:npj Microgravity
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:12
DOI:10.1038/s41526-026-00644-7
Seitenbereich:Seite 70
Verlag:Nature Publishing Group
ISSN:2373-8065
Status:veröffentlicht
Stichwörter:altered neuronal activity, altered gravity, computational model
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HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Forschung unter Weltraumbedingungen
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R FR - Forschung unter Weltraumbedingungen
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - NeuroSpace
Standort: Köln-Porz
Institute & Einrichtungen:Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin > Angewandte Luft- und Raumfahrtbiologie
Hinterlegt von: Kopp, Kerstin
Hinterlegt am:08 Okt 2026 13:18
Letzte Änderung:08 Okt 2026 13:18

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