去甲肾上腺素神经调节非线性爆发神经元控制关键动力学
摘要：脑中枢神经活动必须同时具备敏感性和稳定性，以适应动态环境。为了解决这个问题，有假设认为大脑处于临界边界附近。然而，关于大脑如何实现临界状态和这些对立的信息处理模式的具体方式仍然不清楚。解决这个问题的一个潜在方法是通过调节大脑皮层内在的非线性神经元，使用神经递质如去甲肾上腺素进行神经调制。本文证实，小鼠的神经元射频接近分支过程的临界点，并且临界性的时变特征会随着神经调制音调（通过瞳孔直径的动态变化评估）而波动。我们以理论方式探索了这些结果，通过创建一个双室非线性锥体神经元模型，既能够产生规则射频模式，也能够产生突发模式，来复制我们的主要实证发现：稍微亚临界动力学。然后，我们以无法在体内实验达到的分辨率探索了我们的模型，以示去甲肾上腺素以倒U型剖面不同地改变射频临界性和突发临界性，以促进灵敏和稳定的动力学。最后，我们证明了这种中等去甲肾上腺素调节状态下的突发模式显示出幂律大小和持续时间分布，以及自组织临界性的比例关系。我们的研究结果证实，去甲肾上腺素升高觉醒系统在大脑中对新兴关键动力学的控制起到了调节参数的作用。这种方法也可以扩展到探索其他神经调制剂作为大脑的控制参数。
作者：Brandon R. Munn, Eli J. M"uller, and James M. Shine
论文ID：2106.07865
分类：Neurons and Cognition
分类简称：q-bio.NC
提交时间：2023-04-07