СИНХРОНИЗАЦИЯ АКТИВНОСТИ НЕЙРОНОВ РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ В КОЛОНКАХ ЗРИТЕЛЬНОЙ КОРЫ МОЗГА

Представлены результаты нейрофизиологического исследования и моделирования синхронизации активности нейронов различных типов и динамики формы импульса в двух переходных состояниях бистабильности. При моделировании имитировался диапазон длительностей импульсов «быстрых» и «медленных» нейронов, зарегистрированных в эксперименте. При тестировании группы модельных элементов с различными свойствами кратковременной и долговременной динамики активности обнаружено, что степень синхронизации их активности зависит от частоты и силы входных воздействий: она максимальна при высокой частоте сверхпороговых входных сигналов. Рассматривается возможный подход к исследованию механизмов функционирования колонок и динамических операций внутри них.

 

Литература

1. Коган А.Б. Функциональная организация нейронных механизмов мозга. Л.: Медицина, 1979. 224 c.

2. Хьюбел Д. Глаз, мозг, зрение. М.: Мир, 1990. 239 c.

3. Hubel D.H., Wiesel T.N. Shape and arrangement of columns in cat‘s visual cortex // J. Physiology. 1963. Vol. 165. P. 559.

4. Mountcastle V.B. The columnar organization of the neocortex // Brain. 1997. No 120. P. 701.

5. Freeman M. Cortical columns: a multi–parameter examination // Cerebral cortex. 2003. No 13. P. 70.

6. Hirsch J.A., Martinez L.M. Laminar processing in the visual cortical column // Current Opinion in Neurobiology. 2006. No 16. P. 377.

7. Horton J.C., Adams D.L. The cortical column: a structure without a function // Phil. Trans. Roy. Soc. B. 2005. No 360. P. 386.

8. Katzel D., Zemelman B.V., Buetfering C., Wolfel M., Miesenbock G. The columnar and laminar organization of inhibitory connections to neocortical excitatory cells // Nature Neuroscience, Advance online publication, published 14 November 2010; doi:10.1038/nn.2687.

9. Szentagothai J. The neuron network of the cerebral cortex: A functional interpretation // Proc. R. Soc. Lond. Series B. 1978, Vol. 201, No. 1144. P. 219.

10. Compte A., Sanchez-Vives M. V., McCormick D. A., Wang X.-J. Cellular and network mechanisms of slow oscillatory activity (< 1 Hz) and wave propagations in a cortical network model // J. Neurophysiol. 2003. P. 2707.

11. Eckhorn R., Bauer R., Jordon W., Brosch M., Kruse W., Munk M., Reitboeck H.J. Coherent oscillations: a mechanisms of feature linking the visual cortex // Biol. Cyb. 1988. Vol. 60. P. 121.

12. Gray Sh.M., Singer W. Stimulus-specific neuronal oscillations in orientation columns of visual cortex // PNAS. 1989. Vol. 86, No 5. P. 1698.

13. Hopfield J.J., Brody C.D. What is moment? Transient synchrony as a collective mechanism for spatio-temporal integration // PNAS. 2001. Vol. 98. No 3. P. 1282.

14. Подладчикова Л.Н., Тикиджи-Хамбурьян Р.А., Бондарь Г.Г., Гусакова В.И., Ивлев С.А., Дунин-Барковский В.Л. Временная динамика активности «быстрых» и «медленных» нейронов зрительной коры мозга и мозжечка // Нейро-компьютеры: разработка и применение. 2004. No 11. C. 50.

15. Подладчикова Л.Н., Колтунова Т.И., Белова Е.И., Тикиджи-Хамбурьян Р.А., Ищенко И.А., Шапошников Д.Г. Нейроинформационный подход к исследованию нейронных и системных механизмов зрительного восприятия // Нейроин-форматика – 2011. Лекции по нейроинформатике: XIII Всерос. научн-технич. конф. М.: НИЯУ МИФИ, 2011. C. 185.

16. Nowak L.G., Azouz R., Sanchez-Vives M.V., Gray C.M., McCormick D.A. Electro-physiological classes of cat primary visual cortical neurons in vivo as revealed by quantitative analyses // J. Neurophysiology. 2003. Vol. 89. P. 1541.

17. Orban G.A. Neuronal Operations in the Visual Cortex. Studies of Brain Function. Berlin–Heidelberg; N-Y; Tokyo, 1984. 367 p.

18. Markin S.N., Podladchikova L.N., and Dunin-Barkowski W.L. Method to detect impulses of various duration generated by Purkinje cells of cerebellar cortex // Pattern Recognition and Image Analysis. 2005. Vol. 15, No 4. P. 672.

19. Hodgkin A., Huxley A. A quantitative description of membrane current and its application to conduction and excitation in nerve // J. Physiology. 1952. Vol. 117. P. 500.

20. Тикиджи-Хамбурьян Р.А. Модифицированный импульсный нейрон как базовая модель для реальных нейронных сетей // Нейрокомпьютеры: разработка и применение. 2002. No 7–8. C. 97.

21. Wang X.-J., Liu Y., Sanches-Vives M.V., McCormick D.A. Adaptation and temporal decorrelation by single neuron in the primary visual cortex // J. Neurophysiology. 2003. Vol. 89. P. 3279.

22. Тикиджи-Хамбурьян Р.А. Модификация генетического алгоритма на основе элитарного отбора для поиска параметров биологически обоснованных моделей нейронов. // Нейроинформатика, электронный рецензируемый журнал. 2008. T.3. No 1. C. 1.

23. Подладчикова Л.Н., Тикиджи-Хамбурьян Р.А., Бондарь Г.Г., Ивлев С.А., Дунин- Барковский В.Л. Особенности периодов квазиритмической активности «быстрых» и «медленных» нейронов зрительной коры и мозжечка: эксперимент и модель//Мат. XIV межд. конф. по нейрокиберн., 27–30 сентября 2005. Ростов-н/Д: Издательство ООО «ЦВВР», 2005, т. 2. 132 c.

24. Anderson J., Lampl I., Reichova I., Carandini M. Ferster D. Stimulus dependence of two-state fluctuations of membrane potential in cat visual cortex // Nature Neuro-

science. 2000. Vol. 3. P. 617.

25. Подладчикова Л.Н., Бондарь Г.Г., Ивлев С. А.,Тикиджи-Хамбурьян Р. А., Дунин-Барковский В.Л. Динамика активности клеток Пуркинье мозжечка при изменении длительности сложных импульсов // Биофизика. 2008. T. 53, вып. 3. C. 488.

26. Helmstaedter M.,. de Kock C.P.J, Feldmeyer D., Bruno R.M., Sakmann B. Reconst-ruction of an average cortical column in silico // Brain Res. Rew. 2007. Vol. 55. P. 193.

27. The Blue Brain Project. http://bluebrain.epfl.ch/

28. Thomson A.M.,. Armstrong W.E. Biocytin-labelling and its impact on late 20th century studies of cortical circuitry // Brain Res. Rew. 2011. Vol. 66. P. 43.

29. Silberberg G., Wu C., Markram H. Synaptic dynamics control the timing of neuronal excitation in the activated neocortical microcircuit // J. Physiol. 2004. Vol. 556. 1. P. 19.

 

Статус: 
одобрено к публикации
Краткое содержание (PDF): 
Текст в формате PDF: