癫痫发作的整个脑网络动态：单细胞分辨率
摘要：癫痫发作的特征是异常的多尺度脑动力学，涉及单个神经元、神经元集合和粗略的脑区。理解这种突发人群动力学的原因，关键在于捕捉多个脑尺度上神经活动的集体行为。在本论文中，我利用幼虫斑马鱼在癫痫发作期间捕捉整个大脑的单个神经元活动。首先，我利用统计物理方法量化了癫痫发作期间单个神经元动力学的集体行为。在这里，我证明了单个神经元动力学如何组织成癫痫发作的种群机制：脑动力学偏离了相变。其次，我利用单个神经元网络模型确定了实际引起这种转变发生的突触机制。在这里，我显示出网络中神经元连接的密度是驱动广泛性癫痫发作动力学的关键。有趣的是，这些变化还破坏了脑网络的响应特性和灵活动力学，从而将微观尺度的神经变化与癫痫发作期间的紧急脑功能障碍联系起来。第三，我利用非线性因果推断方法研究了使癫痫发作发生的潜在神经元相互作用的性质。在这里，我显示出癫痫发作是由高度同步以及神经元之间高度非线性的相互作用驱动的。有趣的是，这些非线性特征在宏观尺度上被滤除，因此可能代表了可以用于微观尺度干预策略的神经标志。这篇论文展示了研究幼虫斑马鱼的多尺度动力学在将微观尺度的神经活动与癫痫发作期间的突发特性联系起来上的实用性。
作者：Dominic RW Burrows
论文ID：2212.05874
分类：Neurons and Cognition
分类简称：q-bio.NC
提交时间：2022-12-13