Orientador: Leonardo Abdala EliasDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de ComputaçãoResumo: A modelagem matemática e a simulação computacional têm sido utilizadas na área de neurociências para fornecer subsídios teóricos/conceituais acerca dos mecanismos envolvidos no funcionamento do sistema nervoso. Especificamente, o desenvolvimento de modelos matemáticos de motoneurônios alfa (MNs) têm possibilitado estudos sobre o comportamento dinâmico de células individuais, mimetizando diferentes condições experimentais, além do desenvolvimento de núcleos motores completos que permitem investigações sobre o controle da força muscular. Recentemente, alguns estudos propuseram modelos matemáticos complexos de MNs com características morfológicas, biofísicas e eletrofisiológicas de modelos animais da esclerose lateral amiotrófica (ELA). Estes modelos têm auxiliado no entendimento de diferentes mecanismos responsáveis pelo início e a progressão desta patologia neurodegenerativa, que afeta neurônios motores. Neste trabalho, o objetivo foi desenvolver novos modelos matemáticos de MNs biologicamente plausíveis e computacionalmente eficientes, que possuíssem as principais características geométricas, eletrotônicas e eletrofisiológicas de modelos animais da ELA. Os modelos desenvolvidos conseguiram representar com relativa fidelidade três fases da ELA: hiperexcitabilidade, não alteração da excitabilidade e hipoexcitabilidade. Além de permitirem um avanço no entendimento dos mecanismos que operam em um nível celular, estes modelos, por serem computacionalmente eficientes, poderão ser utilizados futuramente em modelos multiescala do sistema neuromuscular, possibilitando novos estudos sobre o controle/geração da força muscular em pacientes acometidos por ELAAbstract: Mathematical modeling and computer simulations have been widely used in the neural sciences to provide theoretical/conceptual foundations on the mechanisms involved in the functioning of the nervous system. Specifically, mathematical models of alpha motor neurons (MNs) have supported investigations on the dynamical behavior of individual cells under different experimental conditions. Also, a population of MN models has been used to represent motor nuclei so as to study the muscle force control. Recent computational neuroscience studies proposed complex mathematical models of MNs with morphological, biophysical, and electrophysiological features of animal models of amyotrophic lateral sclerosis (ALS). These MN models have aided the understanding of different mechanisms operating at the onset and during the progression of this neurodegenerative disease, which affects motor neurons. In this work, the objective was to develop new biologically plausible and computationally efficient MN models that encompass the main geometrical, electrotonic and electrophysiological characteristics of animal models of ALS. The developed models were able to represent with relative fidelity three phases of the ALS: hyperexcitability, no excitability alteration and hypoexcitability. These new models would advance the understanding of underlying mechanisms of ALS from a single-cell standpoint. Additionally, due to their computational efficiency these models may be used in future multi-scale models of the neuromuscular system intended to investigate the control/generation of muscle force in ALS patientsMestradoEngenharia BiomedicaMestra em Engenharia Elétrica2015/14917-9FAPESP