Известия высших учебных заведений

Прикладная нелинейная динамика

ISSN 0869-6632 (Print)
ISSN 2542-1905 (Online)


Для цитирования:

Rooy M. ., Новиков Н. А., Захаров Д. Г., Гуткин Б. С. Взаимодействие между ультрамедленными флуктуациями нейронных сетей префронтальной коры и колебаниями мозга // Известия вузов. ПНД. 2020. Т. 28, вып. 1. С. 90-97. DOI: 10.18500/0869-6632-2020-28-1-90-97

Полный текст в формате PDF(Ru):
(загрузок: 129)
Язык публикации: 
русский
Тип статьи: 
Научная статья
УДК: 
530.182,519.876.5
DOI: 
10.18500/0869-6632-2020-28-1-90-97

Взаимодействие между ультрамедленными флуктуациями нейронных сетей префронтальной коры и колебаниями мозга

Авторы: 
Rooy M. , Высшая школа экономики
Новиков Никита Александрович, Высшая школа экономики
Захаров Денис Геннадьевич, Высшая школа экономики
Гуткин Борис Самуилович, Высшая школа экономики
Аннотация: 

Целью нашей работы было изучение влияния различных ритмов головного мозга (тета, бета, гамма ритмы в диапазоне частот от 5 до 80 Гц) на ультрамедленные колебания (с частотой 0.5 Гц и ниже), проявляющиеся в чередовании состояний с высокой и низкой активностью. Эти ультрамедленные колебания обычно наблюдаются при нервной деятельности в человеческом мозге и, в частности, в префронтальной коре во время отдыха. Считается, что они генерируются локальными кортикальными сетями при наличии импульсных входов и нейронного шума. Структура этих колебаний имеет специфическую статистику, а их характеристики связаны с когнитивными способностями, такими как, например, эффективность и емкость рабочей памяти. Методы. В нашем исследовании мы использовали ранее построенную математическую модель, описывающую активность кортикальной сети, состоящее из популяций пирамидных клеток и интернейронов. Эта модель была разработана для описания глобального входного воздействия на локальные сети префронтальной коры из других кортикальных областей или подкорковых структур. Динамика модели исследовалась численно. Результаты. Мы обнаружили, что увеличение частоты существенно увеличивает время пребывания в состоянии с высокой активностью и, следовательно, повышает устойчивость самоподдерживающейся колебательной активности в гамма-диапазоне. Обсуждение. Мы считаем, что такие эффекты были бы полезны для обработки и передачи информации в кортикальных сетях с иерархическим торможением.

 

 

Список источников: 

  1. Koukouli F., Rooy M., Changeux J.-P., and Maskos U. Nicotinic receptors in mouse prefrontal cortex modulate ultraslow fluctuations related to conscious processing. PNAS, 2016, vol. 113, no. 51, pp. 14823–14828.

2. Vyazovskiy V.V. and Harris K.D. Sleep and the single neuron: The role of global slow oscillations in individual cell rest. Nat Rev Neurosci, 2013, vol. 14, pp. 443–451.

3. Droste F. and Lindner B. Up-down-like background spiking can enhance neural information transmission. eNeuro, 2017, vol. 4. ENEURO.0282-17.2017.

4. Fell J., Axmacher N. The role of phase synchronization in memory processes. Nat Rev Neurosci, 2011, vol. 12, no. 2, pp. 105–118.

5. Jadi M., Polsky A., Schiller J., Mel B.W. Location-dependent effects of inhibition on local spiking in pyramidal neuron dendrites. PLoS Comput Biol, 2012, vol. 8, no. 6, e1002550.

6. Pi H.-J. et al. Cortical interneurons that specialize in disinhibitory control. Nature, 2013, vol. 503, pp. 521–52.

7. Papasavvas C.A., Wang Y., Trevelyan A.J., Kaiser M. Gain control through divisive inhibition prevents abrupt transition to chaos in a neural mass model. Phys Rev E Stat Nonlin Soft Matter Phys., 2015, vol. 9, no. 3, p. 032723.

8. Chance F.S., Abbott L.F. Divisive inhibition in recurrent networks. Network, 2000, vol. 11, no. 2, pp. 119–129.

9. Beierlein M., Gibson J.R., Connors B.W. Two Dynamically Distinct Inhibitory Networks in Layer 4 of the Neocortex. J Neurophysiol., 2003, vol. 90, pp. 2987–3000.

10. Pfeffer C.K., Xue M., He V., Huang Z.J., Scanziani M. Inhibition of inhibition in visual cortex: The logic of connections between molecularly distinct interneurons. Nature Neuroscience, 2013, vol. 16, pp. 1068–1076.

11. Rooy M., Koukouli F., Maskos U. and Gutkin B. Nicotinic modulation of hierarchal inhibitory control over prefrontal cortex resting state dynamics: Modeling of genetic modification and schizophrenia-related pathology, 2018. bioRxiv. 301051.

 

Поступила в редакцию: 
15.10.2019
Принята к публикации: 
03.12.2019
Опубликована: 
26.02.2020