350 руб
Журнал «Нейрокомпьютеры: разработка, применение» №9 за 2011 г.
Статья в номере:
Исследование в искусственных нейронных сетях роли временных параметров торможения в локальной синхронизации активности в коре
Ключевые слова: симуляционная модель локальная нейронная сеть синхронизация торможение кора мозга
Авторы:
В. Г. Марченко - к. биол. н., Институт высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН. E-mail: vgmarchenko@hotbox.ru К. А. Салтыков - к. биол. н., Институт высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН. E-mail: K_Saltykov@mail.ru
Аннотация:
Исследована роль временных параметров торможения нейронов коры в генерации медленных эпилептиформных потенциалов на имитационной модели локальной нейронной сети с использованием программы «Нейроимитатор» версии 4.2. Модель представляет собой матрицу из 20×69 формальных нейронов одного уровня, непосредственно не связанных друг с другом; параметры формальных нейронов соответствовали параметрам реальных корковых нейронов. Получена синхронная активность большой части нейронов с частотой генерации 0,7 Гц. Предполагается, что синхронизация, наблюдаемая при эпилептиформных разрядах в локальных сетях коры, обеспечивается торможением, преимущественно связанным с GABAB рецепторами.
Страницы: 28-41
Список источников
  1. Steriade, M., Nuñez, A., Amzica, F., A novel slow (< 1 Hz) oscillation of neocortical neurons in vivo: depolarizing and hyperpolarizing components // J. Neurosci. 1993. V. 13(8). P. 3252-3265.
  2. Avramescu, S., Timofeev, I., Synaptic strength modulation after cortical trauma: a role in epileptogenesis // J. Neurosci. 2008. V. 28(27). P. 6760-6772.
  3. Timofeev, I., Grenier, F., Bazhenov, M., Sejnowski, T. J., Steriade, M., Origin of slow cortical oscillations in deafferented cortical slabs // Cereb. Cortex. 2000. V. 10(12). P. 1185-1199.
  4. Sanchez-Vives, M. V., McCormick, D. A., Cellular and network mechanisms of rhythmic recurrent activity in neocortex // Nat. Neurosci. 2000. V. 3(10). P. 1027-1034.
  5. Tateno, T., Robinson, H. P., Phase resetting curves and oscillatory stability in interneurons of rat somatosensory cortex // Biophys. J. 2007. V. 92(2). P. 683-695.
  6. Kasanetz, F., Riquelme, L. A., O-Donnell, P., Murer, M. G., Turning off cortical ensembles stops striatal Up states and elicits phase perturbations in cortical and striatal slow oscillations in rat in vivo // J. Physiol. 2006. V. 577(1). P. 97-113.
  7. Haider, B., Duque, A., Hasenstaub, A. R., McCormick, D. A., Neocortical network activity in vivo is generated through a dynamic balance of excitation and inhibition // J. Neurosci. 2006. V. 26(17). P. 4535-4545.
  8. Steriade, M., Contreras, D., Amzica, F., Synchronized sleep oscillations and their paroxysmal developments // Trends Neurosci. 1994. V. 17(5). P. 199-208.
  9. Amzica, F., Neckelmann, D., Membrane capacitance of cortical neurons and glia during sleep oscillations and spike-wave seizures // J. Neurophysiol. 1999. V. 82(5). P. 2731-2746.
  10. Timofeev, I., Grenier, F., Steriade, M., Contribution of intrinsic neuronal factors in the generation of cortically driven electrographic seizures // J. Neurophysiol. 2004. V. 92(2). P. 1133-1143.
  11. Марченко В. Г., Пасикова Н. В., Косицын Н. С.Внутрикорковая синхронизация эпилептичских разрядов на разных стадиях ультраструктурных перестроек в полностью нейро­нально-изолированном участке неокортекса крыс // Журнал высшей нервной деятельности. 2003. Т. 53. № 2. С. 215-221.
  12. Amzica, F., Steriade, M., Disconnection of intracortical synaptic linkages disrupts synchronization of a slow oscillation // J. Neurosci.1995. V. 15(6). P. 4658-4677.
  13. Amzica, F., Steriade, M., Short- and long-range neuronal synchronization of the slow (< 1 Hz) cortical oscillation // J. Neurophysiol. 1995. V. 73(1). P. 20-38.
  14. Polack, P. O., Guillemain, I., Hu, E., Deransart, C., Depaulis, A., Charpier, S. Deep layer somatosensory cortical neurons initiate spike-and-wave discharges in a genetic model of absence seizures // J. Neurosci.2007. V. 27(24). P. 6590-6709.
  15. Contreras, D., Steriade, M., Cellular basis of EEG slow rhythms: a study of dynamic corticothalamic relationships // J. Neurosci. 1995. V. 15(1 Pt 2). P. 604-622.
  16. Livanov, M. N., Shulgina, G. I.,Neurophysiologic mechanisms of internal inhibition // Pavlov J. Biol. Sci. 1983. V. 18 (1). P. 6-12.
  17. Шульгина Г. И. Активационный и тормозный типы синхронизации нейронов головного мозга. Генез и функциональное значение // Журнал высшей нервной деятельности. 2007. Т. 57. № 5. С. 533-540.
  18. Steriade, M., Cellular Substrates of Brain Rhythms: Electroencephalography, 5th Edition. Editors: Niedermeyer, Ernst; da Silva, Fernando Lopes. 2005. Lippincott Williams & Wilkins.
  19. Destexhe, A., Sejnowski, T. J. Interactions between membrane conductances underlying thalamocortical slow- wave oscillations // Physiol. Rev. 2003. V. 83(4). P. 1401-53.
  20. Traub, R. D, Miles, R., Wong, R. K., Models of synchronized hippocampal bursts in the presence of inhibition. I. Single population events // J. Neurophysiol. 1987. V. 58(4). P. 739-751.
  21. Bush, P. C.,Prince, D. A.,Miller, K. D., Increased pyramidal excitability and NMDA conductance can explain posttraumatic epileptogenesis without disinhibition: a model // J. Neurophysiol. 1999. V. 82(4). P. 1748-1758.
  22. Литвинов Е. Г. Пакет программ «Нейроимитатор» для имитационного моделирования ней ронных сетей биологических объектов // Нейрокомпьютеры. 2002. № 1-2. С. 21-35.
  23. Пасикова Н. В., Марченко В. Г., Косицын Н. С.Структурные основы процессов внутрикорковой синхронизации эпилептических потенциалов в сенсомоторной области неокортекса крыс // Физиологический журнал. 2000. Т. 86. № 5. С. 532-540.
  24. Smith, B. N., Dudek, F. E., Network interactions mediated by new excitatory connections between CA1 pyramidal cells in rats with kainate-induced epilepsy // J. Neurophysiol. 2002. V. 87(3). P. 1655-1658.
  25. Марченко В. Г., Салтыков К. А., Механизмы синхронизации в локальных нейронных сетях неокортекса. Модельные и экспериментальные исследования // Журнал высшей нервной деятельности. 2010. Т. 60. № 1. С. 80-89.
  26. Yang, L., Benardo, L. S, Valsamis H., Ling, D. S., Acute injury to superficial cortex leads to a decrease in synaptic inhibition and increase in excitation in neocortical layer V pyramidal cells // J. Neurophysiol. 2007. V. 97(1). P. 178-187.
  27. Destexhe, A., Spike-and-wave oscillations based on the properties of GABAB receptors // J. Neurosci. 1998. V. 18 (21). Р. 9099-9111.
  28. Марченко В. Г., Пасикова Н. В. Синхронизация электрических потенциалов в неокортексе крыс после изоляции участка коры в контралатеральном полушарии мозга // Журнал высшей нервной деятельности. 2008. Т. 58. № 1. С. 88-97.
  29. Bazhenov, М., Timofeev, I., Steriade, M., Sejnowski, T. J. Model of Thalamocortical Slow-Wave Sleep Oscillations and Transitions to Activated States // J. Neurosc. 2002. V. 22(19). P. 8691-8704.
  30. Schall, K. P.,Kerber, J., Dickson, C. T., Rhythmic constraints on hippocampal processing: state and phase-related fluctuations of synaptic excitability during theta and the slow oscillation // J. Neurophysiol.2008. V. 99(2). P. 888-899.
  31. Panuccio, G., Curia, G., Colosimo, A., Cruccu, G., Avoli, M., Epileptiform synchronization in the cingu late cortex // Epilepsia. 2009. V. 50(3). P. 521-536.
  32. Bowery, N. G., Smart, T. G., GABA and glycine as neurotransmitters: a brief history // Pharmacol. 2006. V. 147 Suppl 1: S109-119.
  33. Douglas, R. J., Martin, K. A., A functional microcircuit for cat visual cortex // J. Physiol. 1991. V. 440. P. 735-769.
  34. Metherate, R., Ashe, J. H., Facilitation of an NMDA receptor-mediated EPSP by paired-pulse stimulation in rat neocortex via depression of GABAergic IPSPs // J. Physiol. 1994. V. 481 (Pt. 2). P. 331-348.
  35. Otis, T. S., De Koninck, Y., Mody, I., Characterization of synaptically elicited GABAB responses using patch-clamp recordings in rat hippocampal slices // J. Physiol.1993. V. 463. P. 391-407.
  36. Nicoll, R. A., Malenka, R. C., Kauer, J. A., Functional comparison of neurotransmitter receptor subtypes in mammalian central nervous system. // Physiol. Rev. 1990. V. 70(2). P. 513-565.
  37. Sceniak, M. P., Maciver, M. B., Slow GABA(A) mediated synaptic transmission in rat visual cortex // BMC Neurosci. 2008. V. 9. P. 8.
  38. Kapur, A., Pearce, R. A., Lytton, W. W., Haberly, L. B., GABAA-mediated IPSCs in piriform cortex have fast and slow components with different properties and locations on pyramidal cells // J. Neurophysiol. 1997. V. 78(5). P. 2531-2545.
  39. Prenosil, G. A., Schneider Gasser, E. M.,Rudolph, U., Keist, R., Fritschy, J. M., Vogt, K. E., Specific subtypes of GABAA receptors mediate phasic and tonic forms of inhibition in hippocampal pyramidal neurons // J. Neurophysiol. 2006. V. 96(2). P. 846-857.
  40. Connors, B. W., Malenka, R. C., Silva, L. R., Two inhibitory postsynaptic potentials, and GABAA and GABAB receptor-mediated responses in neocortex of rat and cat // J. Physiol. 1988. V. 406. P. 443-468.
  41. von Krosigk, M., Bal, T., McCormick, D. A., Cellular mechanisms of a synchronized oscillation in the thalamus // Science. 1993. V. 261(5119). P. 361-364.
  42. Bowery, N. G., Enna, S. J., Gamma-aminobutyric acid (B) receptors: first of the functional metabotropic heterodimers // J. Pharmacol. Exp. Ther. 2000. V. 292(1). P. 2-7.
  43. Mann, E. O., Kohl, M. M., Paulsen, O., Distinct roles of GABA(A) and GABA(B) receptors in balancing and terminating persistent cortical activity // J. Neurosci. 2009. V. 29(23). P. 7513-7518.