Subbarrel patterns in somatosensory cortical barrels can emerge from local dynamic instabilities.
Subbarrel patterns in somatosensory cortical barrels can emerge from local dynamic instabilities.
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DOI：
10.1371/journal.pcbi.1000537
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发表时间：
2009-10
影响因子：
4.3
通讯作者：
Land PW
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Ermentrout B;Simons DJ;Land PW
复杂的空间模式，在大脑和其他生物系统中很常见，可以作为动态相互作用的结果出现，这些动态相互作用发生在发育中的结构中。在啮齿类动物的躯体感觉皮层中，被称为“桶”的神经元群对应于对侧脸上的单个胡须。桶本身通常包含组织成少数特征模式之一的子桶。在这里，我们表明，类似的模式可以模拟通过本地的生长促进和生长阻滞的相互作用内的圆形域的单桶。该模型正确地预测，较大的桶包含更多的空间复杂的subbarrel模式，这表明桶的发展和模式在他们可以理解的一些相对简单的动态过程。我们还模拟了完整的非线性方程，以证明我们的线性分析的预测价值。最后，我们表明，模式的形成是强大的桶的几何形状通过模拟模式上的一个现实的形状桶域。这项工作表明，即使在复杂和不规则的领域，简单的模式形成机制也可以定性和定量地解释神经布线。复杂的空间模式，在大脑和其他生物系统中很常见，可以作为动态相互作用的结果出现，这些动态相互作用发生在发育中的结构中。在啮齿动物的躯体感觉皮层中，被称为“桶”的神经元群对应于对侧面部的单个胡须。桶本身通常包含组织成少数特征模式之一的子桶。我们认为，这些所谓的subbarrel模式通过模式形成的不稳定性在发展过程中自发出现。我们使用一个简单的趋化性和分支模型来解释的模式和它们的依赖于桶的大小。
Complex spatial patterning, common in the brain as well as in other biological systems, can emerge as a result of dynamic interactions that occur locally within developing structures. In the rodent somatosensory cortex, groups of neurons called “barrels” correspond to individual whiskers on the contralateral face. Barrels themselves often contain subbarrels organized into one of a few characteristic patterns. Here we demonstrate that similar patterns can be simulated by means of local growth-promoting and growth-retarding interactions within the circular domains of single barrels. The model correctly predicts that larger barrels contain more spatially complex subbarrel patterns, suggesting that the development of barrels and of the patterns within them may be understood in terms of some relatively simple dynamic processes. We also simulate the full nonlinear equations to demonstrate the predictive value of our linear analysis. Finally, we show that the pattern formation is robust with respect to the geometry of the barrel by simulating patterns on a realistically shaped barrel domain. This work shows how simple pattern forming mechanisms can explain neural wiring both qualitatively and quantitatively even in complex and irregular domains. Complex spatial patterning, common in the brain as well as in other biological systems, can emerge as a result of dynamic interactions that occur locally within developing structures. In rodent somatosensory cortex, groups of neurons called “barrels” correspond to individual whiskers on the contralateral face. Barrels themselves often contain subbarrels organized into one of a few characteristic patterns. We suggest that these so-called subbarrel patterns arise spontaneously during development through a pattern-forming instability. We use a simple chemotaxis and branching model to explain the patterns and their dependence on the size of the barrel.
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DOI：
10.1085/jgp.41.5.1049
发表时间：
1958-05-20
期刊：
The Journal of general physiology
影响因子：
--
作者：
HARTLINE HK;RATLIFF F
通讯作者：
RATLIFF F
影响因子：
2
作者：
MEINHARDT, H;KLINGLER, M
通讯作者：
KLINGLER, M
DOI：
10.1073/pnas.83.22.8779
发表时间：
1986-11-01
影响因子：
11.1
作者：
LINSKER, R
通讯作者：
LINSKER, R
影响因子：
2.5
作者：
Land, PW;Erickson, SL
通讯作者：
Erickson, SL
影响因子：
2
作者：
KELLER, EF;SEGEL, LA
通讯作者：
SEGEL, LA