Gamma Synchronization Influences Map Formation Time in a Topological Model of Spatial Learning.
Gamma Synchronization Influences Map Formation Time in a Topological Model of Spatial Learning.
复制标题
DOI：
10.1371/journal.pcbi.1005114
复制
发表时间：
2016-09
影响因子：
4.3
通讯作者：
Dabaghian Y
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Basso E;Arai M;Dabaghian Y
哺乳动物的海马体在产生认知空间地图--动物环境的内在化表示--中起着至关重要的作用。我们之前已经证明，可以使用拓扑框架来模拟这种地图的形成，在拓扑框架中，有关环境的信息通过神经元尖峰活动的时间组织传递，特别是那些不同位置细胞的放电重叠的情况。在本文中，我们讨论了细胞外电势的主要成分之一-伽马节律如何影响位置细胞地图的形成效率。利用代数拓扑学和最大熵原理的方法，我们证明了伽马调制使动态细胞组装的尖峰同步，这使得能够以更快的时间尺度学习空间映射。理论系统神经科学的目标之一是将电生理实验中观察到的神经元活动参数，如细胞放电率、频率和大脑节律的幅度，与大规模细胞群规模上出现的认知现象联系起来。在以前的工作中，我们提出了一种方法来模拟一个这样的现象：哺乳动物海马体的空间学习。这种方法建立在这样的假设之上，即海马神经元编码一个环境的粗略和准备好的拓扑图，而几何细节可能来自于来自其他大脑区域的多个输入。这个模型的一个关键特性是它允许我们估计不同的神经元活动参数对空间学习的影响。特别是，我们表明，theta振荡强烈地增强了位置细胞系综学习拓扑准确的空间地图的能力。在这项工作中，我们证明了细胞外振荡电位的另一个主要组成部分-伽马节律-对神经元放电活动的同步也增强了生理时间尺度上的空间学习和空间记忆的提取。
The mammalian hippocampus plays a crucial role in producing a cognitive map of space—an internalized representation of the animal’s environment. We have previously shown that it is possible to model this map formation using a topological framework, in which information about the environment is transmitted through the temporal organization of neuronal spiking activity, particularly those occasions in which the firing of different place cells overlaps. In this paper, we discuss how gamma rhythm, one of the main components of the extracellular electrical field potential affects the efficiency of place cell map formation. Using methods of algebraic topology and the maximal entropy principle, we demonstrate that gamma modulation synchronizes the spiking of dynamical cell assemblies, which enables learning a spatial map at faster timescales. One of the goals of theoretical systems neuroscience is to connect parameters of neuronal activity observed in electrophysiological experiments, such as cell firing rates, frequencies and amplitudes of the brain rhythms, with cognitive phenomena that emerge at the scale of large groups of cells. In previous work, we proposed an approach for modeling one such phenomenon: spatial learning in the mammalian hippocampus. This approach rested on the hypothesis that hippocampal neurons encode a rough-and-ready topological map of an environment, whereas geometric details likely come from multiple inputs from other brain regions. A key property of this model is that it allows us to estimate the effect produced by different parameters of neuronal activity on spatial learning. In particular, it we showed that theta oscillations strongly enhance the ability of the place cell ensembles to learn topologically accurate spatial maps. In this work, we show that synchronization of neuronal spiking activity by the other major component of the oscillating extracellular cell potential—the gamma rhythm—also enhances both spatial learning and the retrieval of spatial memories at the physiological timescale.
登录
查看更多内容
影响因子：
3.5
作者：
Cheng S
通讯作者：
Cheng S
影响因子：
13.9
作者：
Buzsáki G;Wang XJ
通讯作者：
Wang XJ
细胞外田地和电流的起源-EEG，ECOG，LFP和尖峰。
DOI：
10.1038/nrn3241
发表时间：
2012-05-18
期刊：
Nature reviews. Neuroscience
影响因子：
--
作者：
Buzsáki G;Anastassiou CA;Koch C
通讯作者：
Koch C
细胞群揭示刺激空间的结构。
影响因子：
4.3
作者：
Curto C;Itskov V
通讯作者：
Itskov V
影响因子：
3.2
作者：
Babichev, Andrey;Ji, Daoyun;Dabaghian, Yuri A.
通讯作者：
Dabaghian, Yuri A.