2017
informatika
Investigation of hippocampal network dynamics, by automated evaluation of computer simulations
Témavezető:
Dr. Káli Szabolcs
Dr. Káli Szabolcs
Összefoglaló
A hippokampális éles hullámok az agy éber állapotában lejátszódó neuron szekvenciák (pl. helysejt szekvenciák) gyorsabb időskálán történő visszajátszásái, melyek a memória konszolidáció alapját képzik.
Az éles hullámok leírásával már számos tanulmány foglalkozott, de az idgsejtek közötti tényleges kapcsolatok és a populációs dinamika kapcsolatával egyenlőre nem. Az integrate-and-fire típusú idegsejteket tartalmazó CA3 modellünk a Hebbi tanulás után képes arra, hogy pontosan reprodukálja a valós éles hullámokat és az őket kísérő ripple oszcillációt.
A hálózat működését különböző algotitmikus eljárásokkal vizsgáltuk, a visszajátszás detektálása a tüzelések között eltelt idők eloszlásán, a ripple oszcillációé pedig a populációs ráta energia spektrumán alapult. A serkentő súlymátrix változtatásával próbáltuk szisztematikusan feltérképezni a rekurrens kapcsolati szerkezet és a létrejövő dinamika kapcsolatát, a teszteket a súlyok skálázásával tettük rugalmassá.
Kimutattuk, hogy a súlyok eloszlása se nem szükséges, se nem elégséges feltétele az éles hullámok kialakulásának. Ezzel ellentétben a "cell assembly"-k (hasonlóan viselkedő idegsejtek csoportjai) kiemelkedően fontos szerepet játszanak a tranziens oszcillációk létrehozásában. Továbbá vizsgáltuk az éles hullámok és a ripple illetve gamma oszcilláció kapcsolatát. A ripple oszcilláció mindig kíséri a szekvencia visszajátszát és jelenléte a hálózatban a súlyok kis változékonysága esetén dominánsabb, míg a gamma oszcilláció szignikfikánsabb a véletlenszerűen súlyozott mátrixok esetén.
Az éles hullámok leírásával már számos tanulmány foglalkozott, de az idgsejtek közötti tényleges kapcsolatok és a populációs dinamika kapcsolatával egyenlőre nem. Az integrate-and-fire típusú idegsejteket tartalmazó CA3 modellünk a Hebbi tanulás után képes arra, hogy pontosan reprodukálja a valós éles hullámokat és az őket kísérő ripple oszcillációt.
A hálózat működését különböző algotitmikus eljárásokkal vizsgáltuk, a visszajátszás detektálása a tüzelések között eltelt idők eloszlásán, a ripple oszcillációé pedig a populációs ráta energia spektrumán alapult. A serkentő súlymátrix változtatásával próbáltuk szisztematikusan feltérképezni a rekurrens kapcsolati szerkezet és a létrejövő dinamika kapcsolatát, a teszteket a súlyok skálázásával tettük rugalmassá.
Kimutattuk, hogy a súlyok eloszlása se nem szükséges, se nem elégséges feltétele az éles hullámok kialakulásának. Ezzel ellentétben a "cell assembly"-k (hasonlóan viselkedő idegsejtek csoportjai) kiemelkedően fontos szerepet játszanak a tranziens oszcillációk létrehozásában. Továbbá vizsgáltuk az éles hullámok és a ripple illetve gamma oszcilláció kapcsolatát. A ripple oszcilláció mindig kíséri a szekvencia visszajátszát és jelenléte a hálózatban a súlyok kis változékonysága esetén dominánsabb, míg a gamma oszcilláció szignikfikánsabb a véletlenszerűen súlyozott mátrixok esetén.
Dr. Káli Szabolcs