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Dissertação de Mestrado
DOI
10.11606/D.76.2017.tde-25052017-110738
Documento
Autor
Nome completo
Milena Menezes Carvalho
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Carlos, 2017
Orientador
Banca examinadora
Maia, Leonardo Paulo (Presidente)
Kamiji, Nilton Liuji
Rodrigues, Ludmila Brochini
Título em inglês
Structural, functional and dynamical properties of a lognormal network of bursting neurons
Palavras-chave em inglês
CA3
Neuronal avalanches
Spike bursts
Spiking neuron
Resumo em inglês
In hippocampal CA1 and CA3 regions, various properties of neuronal activity follow skewed, lognormal-like distributions, including average firing rates, rate and magnitude of spike bursts, magnitude of population synchrony, and correlations between pre- and postsynaptic spikes. In recent studies, the lognormal features of hippocampal activities were well replicated by a multi-timescale adaptive threshold (MAT) neuron network of lognormally distributed excitatory-to-excitatory synaptic weights, though it remains unknown whether and how other neuronal and network properties can be replicated in this model. Here we implement two additional studies of the same network: first, we further analyze its burstiness properties by identifying and clustering neurons with exceptionally bursty features, once again demonstrating the importance of the lognormal synaptic weight distribution. Second, we characterize dynamical patterns of activity termed neuronal avalanches in in vivo CA3 recordings of behaving rats and in the model network, revealing the similarities and differences between experimental and model avalanche size distributions across the sleep-wake cycle. These results show the comparison between the MAT neuron network and hippocampal readings in a different approach than shown before, providing more insight into the mechanisms behind activity in hippocampal subregions.
Título em português
Propriedades estruturais, funcionais e dinâmicas de uma rede lognormal de neurônios bursters
Palavras-chave em português
Avalanches neuronais
CA3
Neurônio disparante
Rajadas de disparo
Resumo em português
Nas regiões CA1 e CA3 do hipocampo, várias propriedades da atividade neuronal seguem distribuições assimétricas com características lognormais, incluindo frequência de disparo média, frequência e magnitude de rajadas de disparo (bursts), magnitude da sincronia populacional e correlações entre disparos pré- e pós-sinápticos. Em estudos recentes, as características lognormais das atividades hipocampais foram bem reproduzidas por uma rede de neurônios de limiar adaptativo (multi-timescale adaptive threshold, MAT) com pesos sinápticos entre neurônios excitatórios seguindo uma distribuição lognormal, embora ainda não se saiba se e como outras propriedades neuronais e da rede podem ser replicadas nesse modelo. Nesse trabalho implementamos dois estudos adicionais da mesma rede: primeiramente, analisamos mais a fundo as propriedades dos bursts identificando e agrupando neurônios com capacidade de burst excepcional, mostrando mais uma vez a importância da distribuição lognormal de pesos sinápticos. Em seguida, caracterizamos padrões dinâmicos de atividade chamados avalanches neuronais no modelo e em aquisições in vivo do CA3 de roedores em atividades comportamentais, revelando as semelhanças e diferenças entre as distribuições de tamanho de avalanche através do ciclo sono-vigília. Esses resultados mostram a comparação entre a rede de neurônios MAT e medições hipocampais em uma abordagem diferente da apresentada anteriormente, fornecendo mais percepção acerca dos mecanismos por trás da atividade em subregiões hipocampais.
 
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Data de Publicação
2017-05-31
 
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