講演抄録/キーワード |
講演名 |
2016-11-04 10:25
Suppression of Pathological Synchronization in Cortical Networks ○Isao Tokuda・Hisashi Kada(Ritsumeikan Univ.)・Jun-nosuke Teramae(Osaka Univ.) CCS2016-30 |
抄録 |
(和) |
大脳皮質においては外部からの感覚入力刺激がなくても、低頻度の発火が持続することが知られている。このような「自発発火活動」では、ニューロン群が不規則でかつ非同期的に発火する特徴がみられる。自発発火は、感覚ニューロンの確率共鳴現象におけるノイズ源等、脳神経系の機能として重要な役割を担うと考えられてきたが、その生成のメカニズムについては不明の点が多かった。これに対して、寺前ら(2012)は、興奮性シナプス後電位(excitatory postsynaptic potential; EPSP)が対数正規分布に従うことが重要であることを理論的に示し注目を集めた。本研究では、寺前らのオリジナルの研究では考慮に入れられなかった、相互結合する興奮性シナプス後電位間に存在する相関の影響について検討する。最初に、相関を導入することによって、フィードバックループが形成され、高発火するニューロンが出現し、これが引き金となってネットワーク全体が同期発火を始めることを示す。次に、抑制性シナプス後電位(inhibitory postsynaptic potential; IPSP)に対数正規分布を導入し、興奮性結合だけでなく抑制性結合にも不均一性を作ることが、同期を破壊し、正常な自発発火活動を復元するのに有効であることを示す。 |
(英) |
In cortical networks, it has been known that neurons generate self-sustained low-frequency firings even in the absence of sensory stimulus inputs. The so-called “spontaneous activity” typically gives rise to irregular and asynchronous firing among the cortical neurons. Despite numerous theoretical attempts, the main mechanism that underlies the spontaneous firing activity remained unclear. A breakthrough has been recently made by Teramae et al. (2012), who proposed a neuronal network model, in which EPSPs (excitatory postsynaptic potentials) obey a lognormal distribution. The modeling study showed that the lognormal distribution of EPSPs in cortical networks was the key to sustain low-frequency firings of the neurons. Although their model mainly focused on the lognormal distribution of the EPSPs, correlation of the EPSPs observed between bidirectionally coupled neurons has been disregarded. In our study, we add correlated EPSPs to the lognormal network and show that the correlated EPSPs cause synchronized firing among the neurons. Moreover, extremely high firing frequencies are also observed in a group of neurons. We then show that introduction of heterogeneity to inhibitory connections suppresses such pathological (synchronous and high-frequency) activity in both feed-forward and cortical network models. In particular, lognormal distribution with few but strong inhibitory connections works efficiently to reduce correlation of the synchronous firings. |
キーワード |
(和) |
大脳皮質 / 自発発火 / 対数正規分布 / 興奮性シナプス後電位 / 抑制性シナプス後電位 / 非同期 / / |
(英) |
Cortical network / Spontaneous firing activity / Lognormal distribution / Excitatory postsynaptic potential / Inhibitory postsynaptic potential / Desynchronization / / |
文献情報 |
信学技報, vol. 116, no. 285, CCS2016-30, pp. 5-8, 2016年11月. |
資料番号 |
CCS2016-30 |
発行日 |
2016-10-28 (CCS) |
ISSN |
Print edition: ISSN 0913-5685 Online edition: ISSN 2432-6380 |
著作権に ついて |
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CCS2016-30 |