Engineering a thalamo-cortico-thalamic circuit on SpiNNaker: a preliminary study toward modeling sleep and wakefulness.
Engineering a thalamo-cortico-thalamic circuit on SpiNNaker: a preliminary study toward modeling sleep and wakefulness.
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DOI：
10.3389/fncir.2014.00046
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发表时间：
2014
影响因子：
3.5
通讯作者：
Furber S
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Bhattacharya BS;Patterson C;Galluppi F;Durrant SJ;Furber S
我们提出了一个初步的研究丘脑-皮质-丘脑（TCT）实现SpiNNaker（尖峰神经网络架构），大脑启发的硬件平台，旨在将固有的生物特性的并行性，容错性和能源效率。这些属性使SpiNNaker成为模拟生物学上合理的计算模型的理想平台。我们在这项工作中的重点是设计一个TCT框架，可以在SpiNNaker上模拟类似于脑电图（EEG）的时间和功率谱签名在睡眠-觉醒过渡的动力学行为。在这个概念验证研究中，为了简单起见，模型的规模被最小化;因此，尖峰神经元的总数是1000个，代表了丘脑皮质组织的“迷你柱”。模型结构，突触布局和参数的所有数据的灵感来自以前的研究和抽象的水平，是适当的当前研究的目标，以及计算适合模型模拟的小型4芯片SpiNNaker系统。在模型中选择性删除突触连接参数的初步结果表明，与睡眠和觉醒状态的脑电功率谱特征相似。这些观察结果提供了一个积极的观点，并为未来实施一个非常大规模的生物学上合理的模型丘脑-皮质-丘脑的相互作用，基本的大脑回路，调节生物睡眠-觉醒周期和相关的EEG节律的基础。
We present a preliminary study of a thalamo-cortico-thalamic (TCT) implementation on SpiNNaker (Spiking Neural Network architecture), a brain inspired hardware platform designed to incorporate the inherent biological properties of parallelism, fault tolerance and energy efficiency. These attributes make SpiNNaker an ideal platform for simulating biologically plausible computational models. Our focus in this work is to design a TCT framework that can be simulated on SpiNNaker to mimic dynamical behavior similar to Electroencephalogram (EEG) time and power-spectra signatures in sleep-wake transition. The scale of the model is minimized for simplicity in this proof-of-concept study; thus the total number of spiking neurons is ≈1000 and represents a “mini-column” of the thalamocortical tissue. All data on model structure, synaptic layout and parameters is inspired from previous studies and abstracted at a level that is appropriate to the aims of the current study as well as computationally suitable for model simulation on a small 4-chip SpiNNaker system. The initial results from selective deletion of synaptic connectivity parameters in the model show similarity with EEG power spectra characteristics of sleep and wakefulness. These observations provide a positive perspective and a basis for future implementation of a very large scale biologically plausible model of thalamo-cortico-thalamic interactivity—the essential brain circuit that regulates the biological sleep-wake cycle and associated EEG rhythms.
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影响因子：
4.3
作者：
de Haan W;Mott K;van Straaten EC;Scheltens P;Stam CJ
通讯作者：
Stam CJ
DOI：
10.1016/b978-0-12-384995-3.00002-2
发表时间：
2012-01-01
期刊：
SLEEP AND BRAIN ACTIVITY
影响因子：
--
作者：
Crunelli, Vincenzo;Hughes, Stuart
通讯作者：
Hughes, Stuart
影响因子：
3.7
作者：
Breakspear, M.;Roberts, J. A.;Robinson, P. A.
通讯作者：
Robinson, P. A.
影响因子：
4.3
作者：
Deco, Gustavo;Jirsa, Viktor K.;Robinson, Peter A.;Breakspear, Michael;Friston, Karl J.
通讯作者：
Friston, Karl J.
影响因子：
3.2
作者：
Bhattacharya BS
通讯作者：
Bhattacharya BS