CRCNS US-French Research Proposal: Architectural Principles and Predictive Modeling of the Mammalian Connectome
CRCNS 美法研究提案:哺乳动物连接组的架构原理和预测建模
基本信息
- 批准号:1724297
- 负责人:
- 金额:$ 53.42万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:Continuing Grant
- 财政年份:2017
- 资助国家:美国
- 起止时间:2017-10-01 至 2021-09-30
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
This US-France collaborative project is aimed at discovering the fundamental properties of the structural/anatomical organization of cortical connections capable of supporting massive amounts of computations in the brain, despite the 100,000-fold variation in mass from the smallest mammals to the largest. Several independent empirical observations (such as sensory substitution experiments) suggest the existence of common network architectural principles in the mammalian cortex, critical for efficient and hierarchically modular information processing. Through capturing these fundamental structural and dynamical features in large-scale neuronal networks across several species, this project will help with our understanding of information processing in the human brain. It will also inform the emerging field of neuromorphic engineering, which focuses on bio-inspired computational devices. The outcomes of this project may also be relevant to neuro-degenerative diseases, given the growing evidence suggesting that disease progression often occurs via the breakdown of high-centrality, long-range connections between cortical areas, which will be characterized within this project.By extending empirical, consistent tract-tracing databases for the physical network of interareal cortical connections in the macaque and mouse (supplemented by dMRI tractography data) and exploiting recent discoveries related to the Exponential Distance Rule (EDR) (which has been empirically demonstrated in several mammals), this project aims to capture the network architectural invariants of the cortex. These invariants are graph theoretical properties of the connectome that are preserved across mammalian brains and across scales. Based on recent empirical evidence, the project puts forward the hypothesis that the EDR also plays a critical role in generating sparse encoding of highly correlated information streams in a scale-invariant manner, a hypothesis that will be tested within a predictive modeling approach. The work will also generate novel imputation algorithms suitable for dense networks and novel, efficient algorithms for comparing species connectomes, exploiting the spatial embeddedness of these networks.A companion project is being funded by the French National Research Agency (ANR).
这个美国-法国合作项目旨在发现能够支持大脑中大量计算的皮质连接的结构/解剖学组织的基本特性,尽管从最小的哺乳动物到最大的哺乳动物的质量有100,000倍的变化。一些独立的经验观察(如感觉替代实验)表明,在哺乳动物皮层中存在共同的网络架构原则,对有效和分层模块化的信息处理至关重要。通过在几个物种的大规模神经网络中捕获这些基本的结构和动力学特征,该项目将有助于我们理解人类大脑中的信息处理。它还将为新兴的神经形态工程领域提供信息,该领域专注于生物启发的计算设备。该项目的结果也可能与神经退行性疾病有关,因为越来越多的证据表明,疾病的进展往往是通过皮层区域之间的高中心性、长距离连接的破坏而发生的,这将在该项目中进行表征。猕猴和小鼠真实皮层间连接物理网络的一致性束追踪数据库(由dMRI纤维束成像数据补充)并利用最近与指数距离规则(EDR)相关的发现(已在几种哺乳动物中得到实证证明),该项目旨在捕获皮层的网络结构不变量。这些不变量是连接体的图论性质,它们在哺乳动物的大脑和不同尺度上都得到了保留。基于最近的经验证据,该项目提出了一个假设,即EDR在以尺度不变的方式生成高度相关的信息流的稀疏编码方面也起着关键作用,这一假设将在预测建模方法中进行测试。 这项工作还将产生适用于密集网络的新型插补算法,以及用于比较物种连接体的新型高效算法,利用这些网络的空间嵌入性。
项目成果
期刊论文数量(18)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Degree-preserving network growth
- DOI:10.1038/s41567-021-01417-7
- 发表时间:2021-12
- 期刊:
- 影响因子:19.6
- 作者:Shubha R. Kharel;T. Mezei;Sukhwan Chung;P. Erdős;Z. Toroczkai
- 通讯作者:Shubha R. Kharel;T. Mezei;Sukhwan Chung;P. Erdős;Z. Toroczkai
Suprathreshold contrast response in normal and anomalous trichromats
- DOI:10.1364/josaa.380088
- 发表时间:2020-04-01
- 期刊:
- 影响因子:1.9
- 作者:Knoblauch, Kenneth;Marsh-Armstrong, Brennan;Werner, John S.
- 通讯作者:Werner, John S.
Neural circuits for long-range color filling-in
- DOI:10.1016/j.neuroimage.2018.06.083
- 发表时间:2018-11-01
- 期刊:
- 影响因子:5.7
- 作者:Gerardin, Peggy;Abbatecola, Clement;Knoblauch, Kenneth
- 通讯作者:Knoblauch, Kenneth
Refinement of the Primate Corticospinal Pathway During Prenatal Development
灵长类动物产前发育过程中皮质脊髓通路的完善
- DOI:10.1093/cercor/bhz116
- 发表时间:2019
- 期刊:
- 影响因子:3.7
- 作者:Ribeiro Gomes, Ana Rita;Olivier, Etienne;Killackey, Herbert P;Giroud, Pascale;Berland, Michel;Knoblauch, Kenneth;Dehay, Colette;Kennedy, Henry
- 通讯作者:Kennedy, Henry
Determinants of primate neurogenesis and the deployment of top-down generative networks in the cortical hierarchy
- DOI:10.1016/j.conb.2020.09.012
- 发表时间:2020-10
- 期刊:
- 影响因子:5.7
- 作者:H. Kennedy;F. Wianny;C. Dehay
- 通讯作者:H. Kennedy;F. Wianny;C. Dehay
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