Publicaciones

PUBLICACIONES 2013

Lainscsek, C., Weyhenmeyer, J., Hernández, ME, Poizner, H., Sejnowski, TJ Clasificación dinámica no lineal de series temporales cortas del sistema de rössler en regímenes de alto ruido. (2013) Fronteras en neurología. 4:182. DOI: 10.3389/fneur.2013.00182

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El análisis de series de tiempo con ecuaciones diferenciales de retardo (DDE) revela propiedades no lineales del sistema dinámico subyacente y puede servir como una herramienta de clasificación de dominio de tiempo no lineal. Aquí se utilizaron modelos DDE globales para analizar segmentos cortos de series temporales simuladas de un sistema dinámico conocido, el sistema Rössler, en regímenes de alto ruido. En un documento complementario, aplicamos el modelo DDE desarrollado aquí para clasificar segmentos cortos de datos encefalográficos (EEG) registrados de pacientes con enfermedad de Parkinson y sujetos sanos. Se generaron nueve sujetos simulados en cada una de las dos clases distintas variando el parámetro de bifurcación b y manteniendo fijos los otros dos parámetros (a y c) del sistema de Rössler. Todas las opciones de b estaban en el rango de parámetros caóticos. Diluimos los datos simulados utilizando ruido blanco que oscila entre 10 y -30 dB de relación señal-ruido (SNR). La selección de la estructura se supervisó seleccionando el número de términos, retrasos y orden de no linealidad del modelo DDE que mejor separó linealmente las dos clases de datos. Las distancias d desde el hiperplano de división lineal se usaron luego para evaluar el rendimiento de la clasificación calculando el área A' bajo la curva ROC. El modelo seleccionado se probó con datos no entrenados mediante la validación de submuestreos aleatorios repetidos. Los DDE pudieron distinguir con precisión las dos condiciones dinámicas y, además, cuantificar los cambios en la dinámica. Hubo una correlación significativa entre el parámetro de bifurcación dinámica b de los datos simulados y el parámetro de clasificación d de nuestro análisis. Esta correlación aún se mantuvo para nuevos sujetos simulados con nuevos parámetros dinámicos seleccionados de cada uno de los dos regímenes dinámicos. Además, la correlación fue robusta al ruido añadido, siendo significativa incluso cuando el ruido era mayor que la señal. Concluimos que los modelos DDE pueden usarse como una herramienta de clasificación generalizable y confiable incluso para pequeños segmentos de datos ruidosos.

Lainscsek, C., Hernández, ME, Weyhenmeyer, J., Sejnowski, TJ, Poizner, H. El análisis dinámico no lineal de las series temporales de EEG distingue a los pacientes con enfermedad de Parkinson de los individuos sanos. (2013) Fronteras en neurología. 4:200. DOI: 10.3389/fneur.2013.00200

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Se sabe que la fisiopatología de la enfermedad de Parkinson (EP) implica patrones alterados de disparo neuronal y sincronización en los circuitos de los ganglios corticobasales. Una ventana a la naturaleza de la dinámica temporal aberrante en la corteza cerebral de los pacientes con EP puede provenir del análisis de la electroencefalografía (EEG) de los pacientes. En lugar de utilizar métodos basados en el espectro, utilizamos modelos de datos basados en ecuaciones diferenciales de retardo (DDE) como herramientas de clasificación no lineales en el dominio del tiempo para analizar registros de EEG de pacientes con EP con y sin terapia dopaminérgica e individuos sanos. Se registraron dos conjuntos de 50 segmentos de 1 s de actividad de EEG de 64 canales de nueve pacientes con EP con y sin medicación y nueve controles de la misma edad. Los 64 canales de EEG se agruparon en 10 grupos que cubren las regiones cerebrales frontal, central, parietal y occipital para su análisis. Los modelos DDE se ajustaron a los ensayos individuales y los coeficientes y el error del modelo se usaron como características para la clasificación. Los mejores modelos se seleccionaron utilizando la validación de submuestreos aleatorios repetidos y el rendimiento de la clasificación se midió utilizando el área bajo la curva ROC A'. En un documento complementario, mostramos que los DDE pueden descubrir estructuras dinámicas ocultas a partir de segmentos cortos de series de tiempo simuladas de sistemas dinámicos conocidos en regímenes de alto ruido. Usando el mismo método para encontrar los mejores modelos, encontramos aquí que incluso segmentos cortos de datos de EEG en pacientes con EP y controles contenían una estructura dinámica y, además, que los pacientes con EP exhibieron un mayor rango dinámico que los controles. La salida del modelo DDE sobre las medias de un conjunto de 50 ensayos proporcionó una separación casi completa de los pacientes con EP sin medicación de los controles: en todas las regiones del cerebro, el área bajo las curvas características operativas del receptor, A', varió de 0.95 a 1.0. Para distinguir a los pacientes de EP con medicación frente a los que no, el rendimiento de la clasificación A' osciló entre 0.86 y 1.0 en todas las regiones del cerebro. Además, la capacidad de generalización del modelo para el segundo conjunto de 50 ensayos fue excelente, con un rango de A' de 0.81 a 0.94 en las regiones del cerebro para controles frente a TP sin medicación, y de 0.62 a 0.82 para PD con medicación frente a sin medicación. Finalmente, las características del modelo predijeron significativamente la gravedad motora de los pacientes individuales, evaluada con escalas de calificación clínica estándar.

Pffff, S., Shaham, S. Desarrollo de neuronas y glía. (2013) Opinión actual en neurobiología. 23 (6): 901 2-.

Grindberg, RV, Yee-Greenbaum, JL, McConnell, MJ, Novotny, M., O'Shaughnessy, AL, Lambert, GM, Araúzo-Bravo, MJ, Lee, J., Fishman, M., Robbins, GE, Lin , X., Venepally, P., Badger, JH, Galbraith, DW, Gage, FH, Lasken, RS Secuenciación de ARN de núcleos individuales. (2013) Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América. 110(49):19802-7. DOI: 10.1073/pnas.1319700110

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Recientemente se ha establecido que la síntesis de ADNc de doble cadena se puede realizar a partir de una única célula para su uso en la secuenciación del ADN. La expresión génica global se puede cuantificar a partir del número de lecturas asignadas a cada gen, y las mutaciones y las variantes de empalme de ARNm se determinan a partir de las lecturas de secuencia. Aquí demostramos que este método de análisis transcriptómico se puede realizar utilizando niveles extremadamente bajos de ARNm en un solo núcleo, aislado de una línea celular progenitora neural de ratón y de tejido hipocampal disecado. Este método se caracteriza por una excelente cobertura y reproducibilidad técnica. En promedio, más de 16,000 24,057 de los 10 10 genes codificadores de proteínas de ratón se detectaron en núcleos individuales, y la cantidad de variación de la expresión génica fue similar cuando se midió entre núcleos individuales y células individuales. Existen varias ventajas importantes del método: en primer lugar, los núcleos, en comparación con las células enteras, tienen la ventaja de aislarse fácilmente de tejidos y órganos complejos, como los del SNC. En segundo lugar, el método se puede aplicar ampliamente a las especies eucariotas, incluidas las de diferentes reinos. El método también proporciona información sobre los mecanismos reguladores específicos del núcleo. Finalmente, el método permite la disección de eventos reguladores a nivel de una sola célula; la combinación de XNUMX núcleos o XNUMX células oscurece parte de la variabilidad medida en los niveles de transcripción, lo que implica que los núcleos y las células individuales serán extremadamente útiles para revelar el estado fisiológico y la interconexión de la regulación génica de una manera que evita el enmascaramiento inherente a la transcriptómica convencional que utiliza datos masivos. células o tejidos.

Quintero, OA, Unrath, WC, Stevens, SM, Manor, U., Kachar, B., Yengo, CM La actividad quinasa de la miosina 3A está regulada por la fosforilación del bucle de activación del dominio quinasa. (2013) Revista de Química Biológica. 288(52):37126-37137. DOI: 10.1074/jbc.M113.511014

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Borowska, J., Jones, CT, Zhang, H., Blacklaws, J., Goulding, M., Zhang, Y. Subpoblaciones funcionales de interneuronas V3 en la médula espinal de ratón maduro. (2013) Journal of Neuroscience. 33(47):18553-65. DOI: 10.1523/JNEUROSCI.2005-13.2013

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Las interneuronas V3 (IN) son un grupo importante de interneuronas comisurales excitatorias en la médula espinal y son esenciales para producir un ritmo locomotor robusto y estable. Los V3 IN se generan a partir del dominio progenitor más ventral, p3, pero migran dorsal y lateralmente durante el desarrollo posmitótico. Al nacer, están ubicados en grupos distintivos en el asta ventral y el asta dorsal profunda. Para evaluar la heterogeneidad de este grupo identificado genéticamente de IN espinales, combinamos el registro de abrazadera de parche y el rastreo anatómico con el análisis de conglomerados. Examinamos las propiedades electrofisiológicas y morfológicas de los V3 IN maduros identificados por su expresión de proteínas fluorescentes tdTomato en Sim1 (Cre / +); Ratones Rosa (floxstop26TdTom). Identificamos dos subpoblaciones V3 con distintas propiedades intrínsecas y patrones de distribución espacial. Los V3 IN ventrales, ubicados principalmente en la lámina VIII, poseen algunos procesos de ramificación y fueron capaces de generar picos de disparo tónico rápido. Por el contrario, los V3 IN dorsales exhibieron una morfología más compleja y una frecuencia de pico promedio relativamente lenta con una fuerte adaptación, y también mostraron grandes voltajes de caída y potenciales de rebote post-inhibidores. Nuestros datos sugirieron que las corrientes de los canales de cationes activados por hiperpolarización y las corrientes de los canales de calcio de tipo T pueden explicar algunas de las propiedades de la membrana de las V3 IN. Finalmente, observamos que las V3 IN ventrales y dorsales estaban activas de diferentes maneras durante la carrera y la natación, lo que indica que las V3 IN ventrales pueden actuar como neuronas premotoras y las V3 IN dorsales como neuronas de relevo que median entradas sensoriales. Juntos, detectamos dos subgrupos fisiológica y topográficamente distintos de V3 IN, cada uno probablemente desempeñando diferentes funciones en las actividades locomotoras.

Del Barrio, MG, Bourane, S., Grossmann, K., Schüle, R., Britsch, S., O'Leary, DD, Goulding, M. Un código de factor de transcripción define nueve subtipos de interneuronas sensoriales en el área mecanosensorial de la médula espinal. (2013) Más uno. 8(11):e77928. DOI: 10.1371/journal.pone.0077928

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Reilly, MT, Faulkner, GJ, Dubnau, J., Ponomarev, I., Gage, FH El papel de los elementos transponibles en la salud y enfermedades del sistema nervioso central. (2013) Journal of Neuroscience. 33(45):17577-86. DOI: 10.1523/JNEUROSCI.3369-13.2013

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McConnell, MJ, Lindberg, MR, Brennand, KJ, Piper, JC, Voet, T., Cowing-Zitron, C., Shumilina, S., Lasken, RS, Vermeesch, JR, Hall, IM, Gage, FH Variación del número de copias en mosaico en neuronas humanas. (2013) Ciencia. 342 (6158): 632-7. DOI: 10.1126/ciencia.1243472

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Marchetto, MCN, Narvaiza, I., Denli, AM, Benner, C., Lazzarini, TA, Nathanson, JL, Paquola, ACM, Desai, KN, Herai, RH, Weitzman, MD, Yeo, GW, Muotri, AR, calibre, FH Regulación diferencial de L1 en células madre pluripotentes de humanos y simios. (2013) Naturaleza. 503 (7477): 525-529. DOI: 10.1038/naturaleza12686

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Identificar las diferencias celulares y moleculares entre primates humanos y no humanos (NHP) es esencial para la comprensión básica de la evolución y diversidad de nuestra propia especie. Hasta ahora, los tejidos preservados han sido la principal fuente para la mayoría de los estudios comparativos entre humanos, chimpancés (Pan troglodytes) y bonobos (Pan paniscus). Sin embargo, estas muestras de tejido no representan fielmente los rasgos distintivos del comportamiento de las células vivas y no son susceptibles de manipulación genética. Proponemos que las células madre pluripotentes inducidas (iPS) podrían ser un recurso biológico único para determinar diferencias fenotípicas relevantes entre humanos y NHP, y que esas diferencias podrían tener un valor potencial de adaptación y especiación. Aquí describimos la generación y caracterización inicial de células iPS de chimpancés y bonobos como nuevas herramientas para explorar los factores que pueden haber contribuido a la evolución de los grandes simios. El análisis comparativo de la expresión génica de células iPS humanas y NHP reveló diferencias en la regulación de los transposones del elemento 1 (L1, también conocido como LINE-1) intercalados largos. Una fuerza de cambio en la evolución de los mamíferos, los elementos L1 son retrotransposones que han permanecido activos durante la evolución de los primates. Los niveles reducidos de los factores restrictivos de L1 APOBEC3B (también conocido como A3B) y PIWIL2 (ref. 7) en células NHP iPS se correlacionaron con una mayor movilidad de L1 y niveles endógenos de ARN mensajero de L1. Además, los resultados de la manipulación de los niveles de A3B y PIWIL2 en las células iPS respaldaron una relación causal inversa entre los niveles de estas proteínas y la retrotransposición de L1. Finalmente, encontramos un mayor número de copias de elementos L1 específicos de especies en el genoma de los chimpancés en comparación con los humanos, lo que respalda la idea de que el aumento de la movilidad de L1 en los NHP no se limita a las células iPS en cultivo y también puede haber ocurrido en la línea germinal o embrionaria. células en desarrollo aguas arriba de la especificación de la línea germinal durante la evolución de los primates. Proponemos que las diferencias en la movilidad de L1 pueden haber dado forma diferencial a los genomas de humanos y NHP y podrían tener un significado adaptativo continuo.

Bekinschtein, P., Kent, BA, Oomen, CA, Clemenson, GD, Gage, FH, Saksida, LM, Bussey, TJ Se requiere BDNF en la circunvolución dentada para la consolidación de recuerdos "separados por patrones". (2013) Informes de celda. 5(3):759-68. DOI: 10.1016/j.celrep.2013.09.027

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Miller, JA, Nathanson, J., Franjic, D., Shim, S., Dalley, RA, Shapouri, S., Smith, KA, Sunkin, SM, Bernard, A., Bennett, JL, Lee, CK, Hawrylycz , MJ, Jones, AR, Amaral, DG, Šestan, N., Gage, FH, Lein, ES Firmas moleculares conservadas de neurogénesis en la zona subgranular del hipocampo de roedores y primates. (2013) Desarrollo. 140(22):4633-44. DOI: 10.1242/desv.097212

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Gage, FH, Templo, S. Células madre neurales: generando y regenerando el cerebro. (2013) Neuron. 80(3):588-601. DOI: 10.1016/j.neurona.2013.10.037

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Deshmukh, VA, Tardif, V., Lyssiotis, CA, Green, CC, Kerman, B., Kim, HJ, Padmanabhan, K., Swoboda, JG, Ahmad, I., Kondo, T., Gage, FH, Theofilopoulos , AN, Lawson, BR, Schultz, PG, Lairson, LL Un enfoque regenerativo para el tratamiento de la esclerosis múltiple. (2013) Naturaleza. 502 (7471): 327-332. DOI: 10.1038/naturaleza12647

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Devor, A., Bandettini, PA, Boas, DA, Bower, JM, Buxton, RB, Cohen, LB, Dale, AM, Einevoll, GT, Fox, PT, Franceschini, MA, Friston, KJ, Fujimoto, JG, Geyer , MA, Greenberg, JH, Halgren, E., Hämäläinen, MS, Helmchen, F., Hyman, BT, Jasanoff, A., Jernigan, TL, Judd, LL, Kim, SG, Kleinfeld, D., Kopell, NJ , Kutas, M., Kwong, KK, Larkum, ME, Lo, EH, Magistretti, PJ, Mandeville, JB, Masliah, E., Mitra, PP, Mobley, WC, Moskowitz, MA, Nimmerjahn, A., Reynolds, JH, Rosen, BR, Salzberg, BM, Schaffer, CB, Silva, GA, So, PT, Spitzer, NC, Tootell, RB, Van Essen, DC, Vanduffel, W., Vinogradov, SA, Wald, LL, Wang, LV, Weber, B., Yodh, AG El reto de conectar los puntos en el CEREBRO (2013) Neuron. 80(2):270-4. DOI: 10.1016/j.neurona.2013.09.008

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Cortés, JM, Desroches, M., Rodrigues, S., Veltz, R., Muñoz, MA, Sejnowski, TJ La plasticidad sináptica a corto plazo en el modelo determinista Tsodyks-Markram conduce a una dinámica de red impredecible. (2013) Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América. 110(41):16610-5. DOI: 10.1073/pnas.1316071110

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Herzog, CD, Brown, L., Kruegel, BR, Wilson, A., Tansey, MG, Gage, FH, Johnson, EM, Bartus, RT Distribución neurotrófica, señalización celular y neuroprotección mejoradas después de la administración de AAV2-NRTN (CERE-120) en la sustancia negra versus el cuerpo estriado. (2013) Neurobiol. Dis. 58:38-48. DOI: 10.1016/j.nbd.2013.04.011

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Este artículo reevalúa el punto de vista actualmente aceptado de que dirigirse a los campos terminales (es decir, el cuerpo estriado) de las neuronas dopaminérgicas nigroestriatales en degeneración con factores neurotróficos en la enfermedad de Parkinson (EP) es suficiente para lograr una respuesta neurotrófica óptima. La percepción reciente que indica que la EP es una axonopatía caracterizada por déficits en el transporte axonal impulsó este esfuerzo. Probamos si se podría inducir una respuesta neurotrófica significativamente mayor en las neuronas SN cuando el factor neurotrófico neurturina (NRTN) también se dirige a la sustancia negra (SN), en comparación con el objetivo más convencional, solo del cuerpo estriado. Si bien reconocemos la importancia de mantener la integridad de las fibras y terminales nigroestriatales (especialmente para lograr una función óptima), volvimos a centrar la atención en el destino de las neuronas SN. En condiciones de degeneración axonal y déficits de transporte neuronal, este componente del sistema nigroestriatal es más vulnerable a la falta de exposición neurotrófica después de un parto solo estriatal. Dada la ubicación de los genes de reparación inducidos por factores neurotróficos, lograr una exposición neurotrófica adecuada a las neuronas del SN es esencial para una respuesta neurotrófica óptima, mientras que la supervivencia de estas neuronas es esencial para la supervivencia misma de las fibras. Se realizaron dos estudios separados usando el modelo 6-OHDA de degeneración nigroestriatal, junto con la administración del vector viral AAV2-NRTN (CERE-120) para expresar continuamente NRTN al cuerpo estriado o nigra solo o exposición combinada estriatal/nigral, incluidas las condiciones de axonopatía en curso. Estos estudios brindan información adicional para reinterpretar estudios neurotróficos/6-OHDA en animales anteriores realizados en condiciones en las que generalmente no se tenían en cuenta las deficiencias en el transporte de axones, lo que sugería que apuntar al cuerpo estriado era necesario y suficiente. Los datos actuales demuestran que la administración de NRTN directamente al SN produce 1) una distribución ampliada de NRTN dentro del campo terminal y los cuerpos celulares de las neuronas nigroestriatales objetivo, 2) una mayor señalización del factor neurotrófico intracelular en las neuronas nigroestriatales y 3) produjo una mayor cantidad de dopamina superviviente. neuronas contra la toxicidad inducida por 6-OHDA, particularmente en condiciones de axonopatía activa. Por lo tanto, estos datos brindan apoyo empírico de que dirigirse al SN con factores neurotróficos (además del cuerpo estriado) puede ayudar a mejorar la respuesta neurotrófica en las neuronas del mesencéfalo, particularmente en condiciones de neurodegeneración activa que ocurre en pacientes con EP.

Aljadeff, J., Segev, R., Berry, MJ, Sharpee, TO Spike disparó covarianza en estímulos gaussianos fuertemente correlacionados. (2013) PLOS Biología Computacional. 9(9):e1003206. DOI: 10.1371/diario.pcbi.1003206

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Muchos sistemas biológicos realizan cálculos sobre entradas que tienen una dimensionalidad muy grande. Determinar las combinaciones de entrada relevantes para un cálculo en particular suele ser clave para comprender su función. Una forma común de encontrar las dimensiones de entrada relevantes es examinar la diferencia en la varianza entre la distribución de entrada y la distribución de entradas asociadas con ciertas salidas. En neurociencia de sistemas, el método correspondiente se conoce como covarianza desencadenada por picos (STC). Este método ha tenido un gran éxito en la caracterización de dimensiones de entrada relevantes para las neuronas en una variedad de sistemas sensoriales. Hasta ahora, la mayoría de los estudios utilizaron el método STC con entradas gaussianas débilmente correlacionadas. Sin embargo, también es importante utilizar este método con entradas que tengan correlaciones de largo alcance típicas del entorno sensorial natural. En tales casos, la matriz de covarianza del estímulo tiene uno (o más) valores propios destacados que no se pueden igualar fácilmente debido a la variabilidad del muestreo. Tales modos destacados interfieren con los análisis de significancia estadística de las dimensiones de entrada candidatas que modulan las salidas neuronales. En muchos casos, estos modos oscurecen las dimensiones significativas. Mostramos que la sensibilidad del método STC en el régimen de entradas fuertemente correlacionadas se puede mejorar en un orden de magnitud o más. Esto se puede hacer evaluando la importancia de las dimensiones en el subespacio ortogonal a los modos destacados. Al analizar las respuestas de las células ganglionares de la retina analizadas con [Fórmula: ver texto] Ruido gaussiano, encontramos que tener en cuenta los modos sobresalientes es crucial para recuperar las dimensiones de entrada relevantes para estas neuronas.

Ruiz, O., Lustig, BR, Nassi, JJ, Cetin, A., Reynolds, JH, Albright, TD, Callaway, EM, Stoner, GR, Roe, AW Optogenética a través de ventanas en el cerebro en el primate no humano. (2013) Revista de Neurofisiología. 110(6):1455-67. DOI: 10.1152/jn.00153.2013

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Hsu, CC, White, NM, Hayashi, M., Lin, EC, Poon, T., Banerjee, I., Chen, J., Pfaff, SL, Macagno, ER, Dorrestein, PC La espectrometría de masas de arriba hacia abajo de ionización ambiental de microscopía revela patrones de desarrollo. (2013) Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América. 110(37):14855-60. DOI: 10.1073/pnas.1310618110

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Timofeev, I., Sejnowski, TJ, Bazhenov, M., Chauvette, S., Grand, LB Dependencia de la edad de la epileptogénesis neocortical inducida por trauma. (2013) Fronteras en Neurociencia Celular. 7:154. DOI: 10.3389/fncel.2013.00154

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Tang, X., Zhou, L., Wagner, AM, Marchetto, MC, Muotri, AR, Gage, FH, Chen, G. Las células astrogliales regulan la línea de tiempo de desarrollo de las neuronas humanas diferenciadas de las células madre pluripotentes inducidas. (2013) Investigación con células madre. 11(2):743-57. DOI: 10.1016/j.scr.2013.05.002

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Toyama, BH, Savas, JN, Park, SK, Harris, MS, Ingolia, NT, Yates, JR, Hetzer, MW La identificación de proteínas de vida prolongada revela una estabilidad excepcional de las estructuras celulares esenciales. (2013) Cell. 154(5):971-982. DOI: 10.1016/j.cell.2013.07.037

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Osakada, F., Callaway, EM Diseño y generación de vectores recombinantes del virus de la rabia. (2013) Protocolos de la naturaleza. 8(8):1583-1601. DOI: 10.1038/nprot.2013.094

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Lister, R.*, Mukamel, EA, Nery, JR, Urich, M., Puddifoot, CA, Johnson, ND, Lucero, J., Huang, Y., Dwork, AJ, Schultz, MD, Yu, M., Tonti-Filippini, J., Heyn, H., Hu, S., Wu, JC, Rao, A., Esteller, M., He, C., Haghighi, FG, Sejnowski, TJ, Behrens, MM*, Ecker , JR* Reconfiguración epigenómica global durante el desarrollo del cerebro de los mamíferos. (2013) Ciencia. 341 (6146): 1237905. DOI: 10.1126/ciencia.1237905

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Francius, C., Harris, A., Rucchin, V., Hendricks, TJ, Stam, FJ, Barber, M., Kurek, D., Grosveld, FG, Pierani, A., Goulding, M., Clotman, F . Identificación de múltiples subconjuntos de interneuronas ventrales y distribución diferencial a lo largo del eje rostrocaudal de la médula espinal en desarrollo. (2013) Más uno. 8(8):e70325. DOI: 10.1371/journal.pone.0070325

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Furness, DN, Johnson, SL, Manor, U., Rüttiger, L., Tocchetti, A., Offenhauser, N., Olt, J., Goodyear, RJ, Vijayakumar, S., Dai, Y., Hackney, CM , Franz, C., Di Fiore, PP, Masetto, S., Jones, SM, Knipper, M., Holley, MC, Richardson, GP, Kachar, B., Marcotti, W. Pérdida auditiva progresiva y deterioro gradual de los mechones de cabello sensorial en los oídos de ratones que carecen de la proteína de unión a actina Eps8L2. (2013) Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América. 110(34):13898-13903. DOI: 10.1073/pnas.1304644110

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Ben Isaac, E., Manor, U., Kachar, B., Yochelis, A., Gov, NS Vinculación de las redes de actina y la membrana celular a través de una descripción de reacción-difusión-elástica de la iniciación de filopodios no lineales. (2013) Phys Rev E Stat Nonlin Soft Matter Phys. 88(2):022718. DOI: 10.1103/PhysRevE.88.022718

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Sung, TC, Chen, Z., Thuret, S., Vilar, M., Gage, FH, Riek, R., Lee, KF P45 forma un complejo con FADD y promueve la supervivencia de las células neuronales después de una lesión de la médula espinal. (2013) Más uno. 8(7):e69286. DOI: 10.1371/journal.pone.0069286

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Sharpee, TO Identificación computacional de campos receptivos. (2013) Revisión anual de la neurociencia. 36:103-20. DOI: 10.1146/annurev-neuro-062012-170253

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Escotilla, EM, Fischer, AH, Deerinck, TJ, Hetzer, MW Colapso catastrófico de la envoltura nuclear en micronúcleos de células cancerosas. (2013) Cell. 154(1):47-60. DOI: 10.1016/j.cell.2013.06.007

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Nienborg, H., Hasenstaub, A., Nauhaus, I., Taniguchi, H., Huang, ZJ, Callaway, EM Dependencia de contraste y contribuciones diferenciales de las neuronas que expresan somatostatina y parvalbúmina a la integración espacial en ratón V1. (2013) Journal of Neuroscience. 33(27):11145-11154. DOI: 10.1523/JNEUROSCI.5320-12.2013

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Un rasgo característico de la corteza visual primaria es que las respuestas visuales se suprimen cuando un estímulo se extiende más allá del campo receptivo clásico. Aquí, examinamos el papel de las neuronas inhibidoras que expresan somatostatina (SOM⁺) o parvalbúmina (PV⁺) en la supresión del entorno y el tamaño del campo receptivo preferido. Registramos actividad extracelular multicanal en V1 de ratones transgénicos que expresan canalrodopsina en neuronas SOM⁺ o neuronas PV⁺. El tamaño preferido y la supresión del entorno se midieron utilizando rejillas de onda cuadrada a la deriva de radios variables y en dos contrastes. De acuerdo con los hallazgos en primates, encontramos que el tamaño preferido era más grande para contrastes más bajos en todas las profundidades corticales, mientras que el índice de supresión (SI) mostró una tendencia a disminuir con el contraste. Luego examinamos el efecto de estas métricas en las unidades que fueron suprimidas por la fotoactivación de las neuronas SOM⁺ o PV⁺. Al activar las neuronas SOM⁺, encontramos un aumento significativo en el SI a profundidades corticales> 400 μm, mientras que la activación de las neuronas PV⁺ provocó una tendencia hacia un SI más bajo independientemente de la profundidad cortical. Por el contrario, la activación de las neuronas PV⁺ aumentó significativamente el tamaño preferido en todas las profundidades corticales, de forma similar a la reducción del contraste, mientras que la activación de las neuronas SOM⁺ no tuvo un efecto sistemático en el tamaño preferido en todas las profundidades. Estos datos sugieren que las neuronas SOM⁺ y PV⁺ contribuyen de manera diferente a la integración espacial. Nuestros hallazgos son compatibles con la noción de que las neuronas SOM⁺ median la supresión del entorno, particularmente en la corteza más profunda, mientras que la activación de PV⁺ disminuye el impulso de la entrada a la corteza y, por lo tanto, se asemeja a los efectos sobre la integración espacial de la reducción del contraste.

Muro, NR, De La Parra, M., Callaway, EM, Kreitzer, AC Inervación diferencial de neuronas de proyección estriatal de vía directa e indirecta. (2013) Neuron. 79(2):347-360. DOI: 10.1016/j.neurona.2013.05.014

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Sharpee, TO, Kouh, M., Reynolds, JH Compensación entre ajuste de curvatura e invariancia de posición en el área visual V4. (2013) Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América. 110(28):11618-23. DOI: 10.1073/pnas.1217479110

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Kaardal, J., Fitzgerald, JD, Berry, MJ, Sharpee, TO Identificación de bases funcionales para cálculos neuronales multidimensionales. (2013) Computación neuronal. 25(7):1870-90. DOI: 10.1162/NECO_a_00465

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Los métodos actuales de reducción de la dimensionalidad pueden identificar subespacios relevantes para los cálculos neuronales, pero no favorecen una base sobre la otra dentro del subespacio relevante. Encontrar la base adecuada puede simplificar la descripción de la computación no lineal con respecto a las variables relevantes, lo que facilita la aclaración de la computación neuronal subyacente y la formulación de hipótesis sobre el circuito neuronal que da lugar a las respuestas observadas. Parte del problema es que aunque algunos de los métodos de reducción de dimensionalidad pueden identificar muchas de las dimensiones relevantes, generalmente es difícil mapear o interpretar la transformación no lineal con respecto a más de unas pocas dimensiones relevantes simultáneamente sin algunos supuestos simplificadores. Si bien los enfoques recientes hacen posible la creación simultánea de modelos predictivos basados en muchas dimensiones relevantes, aún existe la necesidad de relacionar dichos modelos predictivos con las descripciones mecanicistas del funcionamiento de los circuitos neuronales subyacentes. Aquí demostramos que la transformación a una base dentro del subespacio relevante donde el cómputo neuronal se describe mejor mediante una función no lineal dada a menudo facilita la interpretación del cómputo y la descripción con una pequeña cantidad de parámetros. Nos referimos a la base correspondiente como la base funcional e ilustramos la utilidad de dicha transformación en el contexto de las funciones lógicas OR y lógicas AND. Mostramos que aunque los métodos de reducción de la dimensionalidad, como la covarianza desencadenada por picos, pueden encontrar un subespacio relevante, a menudo producen dimensiones que son difíciles de interpretar y no corresponden a una base funcional. Las características funcionales se pueden encontrar utilizando un enfoque de máxima verosimilitud. Los resultados se ilustran utilizando neuronas simuladas y grabaciones de células ganglionares de la retina. Las características resultantes están definidas de forma única y no ortogonales, y facilitan la relación entre modelos computacionales y mecánicos.

Golomb, BA, Brenner, S., Chalfie, M., Glashow, SL, Glauber, RJ, Hubel, DH, Maskin, ES, Greengard, P., Gross, DJ, Roberts, R., Tonegawa, S., Wilczek , FA, Brown, EM, Sejnowski, TJ Hábitos de chocolate de los ganadores del premio Nobel. (2013) Naturaleza. 499 (7459): 409. DOI: 10.1038/499409a

Lainscsek, C., Sejnowski, TJ Clasificación del electrocardiograma mediante ecuaciones diferenciales de retardo. (2013) Caos. 23 (2): 023132. DOI: 10.1063/1.4811544

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Nandy, AS, Sharpee, TO, Reynolds, JH, Mitchell, JF La fina estructura del ajuste de forma en el área V4. (2013) Neuron. 78(6):1102-15. DOI: 10.1016/j.neurona.2013.04.016

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Yu, DX, Marchetto, MC, calibre, FH Traducción terapéutica de iPSCs para el tratamiento de enfermedades neurológicas. (2013) Célula madre celular. 12(6):678-88. DOI: 10.1016/j.tallo.2013.05.018

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Chukoskie, L., Snider, J., Mozer, MC, Krauzlis, RJ, Sejnowski, TJ Aprender dónde buscar un objetivo oculto. (2013) Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América. 110 Suplemento :10438-10445. DOI: 10.1073/pnas.1301216110

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La supervivencia depende de buscar comida con éxito, para lo cual la evolución ha seleccionado diversos comportamientos en diferentes especies. Los humanos buscan no solo comida, sino también información. Decidimos dónde buscar más de 170,000 XNUMX veces al día, aproximadamente tres veces por segundo de vigilia. La frecuencia de estos movimientos oculares sacádicos desmiente la complejidad que subyace a cada elección individual. La experiencia influye en la elección de dónde mirar y se puede invocar para redirigir rápidamente la mirada en un contexto y una manera apropiada para la tarea. Sin embargo, se sabe muy poco acerca de cómo las personas aprenden a dirigir su mirada dado el contexto y la tarea actual. Diseñamos una tarea en la que los participantes buscan en una escena novedosa un objetivo cuya ubicación se dibujó estocásticamente en cada ensayo a partir de una distribución previa fija. El objetivo era invisible en una pantalla en blanco y los participantes fueron recompensados cuando fijaron la ubicación del objetivo oculto. En solo unas pocas pruebas, los participantes encontraron rápidamente los objetivos ocultos mirando cerca de ubicaciones previamente recompensadas y evitando ubicaciones previamente no recompensadas. Las trayectorias de aprendizaje estaban bien caracterizadas por un modelo simple de aprendizaje por refuerzo (RL) que mantenía y actualizaba continuamente un mapa de recompensas de ubicaciones. El modelo RL hizo más predicciones sobre la sensibilidad a la experiencia reciente que fueron confirmadas por los datos. El rendimiento asintótico tanto de los participantes como del modelo RL se acercó al rendimiento óptimo caracterizado por una teoría del observador ideal. Estos dos niveles complementarios de explicación muestran cómo la experiencia en un entorno novedoso impulsa la búsqueda visual en los humanos y puede extenderse a otras formas de búsqueda, como la búsqueda de alimento por parte de los animales.

Egawa, N., Kitaoka, S., Tsukita, K., Naitoh, M., Takahashi, K., Yamamoto, T., Adachi, F., Kondo, T., Okita, K., Asaka, I., Aoi, T., Watanabe, A., Yamada, Y., Morizane, A., Takahashi, J., Ayaki, T., Ito, H., Yoshikawa, K., Yamawaki, S., Suzuki, S., Watanabe, D., Hioki, H., Kaneko, T., Makioka, K., Okamoto, K., Takuma, H., Tamaoka, A., Hasegawa, K., Nonaka, T., Hasegawa, M., Kawata, A., Yoshida, M., Nakahata, T., Takahashi, R., Marchetto, MC, Gage, FH, Yamanaka, S., Inoue, H. Respuesta al comentario sobre "Detección de fármacos para la ELA utilizando células madre pluripotentes inducidas específicas del paciente". (2013) Ciencia Translational Medicine. 5(188):188lr2. DOI: 10.1126/scitranslmed.3005697

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Yin, L., Geng, Y., Osakada, F., Sharma, R., Cetin, AH, Callaway, EM, Williams, DR, Merigan, WH Obtención de imágenes de las respuestas a la luz de las células ganglionares de la retina en el ojo de un ratón vivo. (2013) Revista de Neurofisiología. 109(9):2415-2421. DOI: 10.1152/jn.01043.2012

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Si bien se ha planteado la hipótesis de que la neurogénesis adulta (NG) juega un papel en la codificación de la información temporal en escalas de tiempo largas, la relación temporal de las células inmaduras con la actividad de la red altamente rítmica del hipocampo ha sido en gran parte inexplorada. Aquí, presentamos una teoría de cómo la actividad de las células granulares inmaduras nacidas en adultos se relaciona con las oscilaciones del hipocampo. Nuestra hipótesis es que las entradas excitatorias e inhibitorias rítmicas theta (5-10 Hz) en el hipocampo podrían afectar diferencialmente a las células granulares jóvenes y maduras debido a las diferencias en la fisiología intrínseca y la inhibición sináptica entre las dos poblaciones celulares. En consecuencia, la actividad de las células inmaduras puede ocurrir en rangos más amplios de fase theta que la actividad de sus contrapartes maduras. Describimos cómo esta influencia diferencial en las células granulares jóvenes y maduras podría separar la actividad de las neuronas de diferente edad en un régimen de codificación temporal. En particular, este proceso podría tener implicaciones considerables sobre cómo la región CA3 aguas abajo interpreta la información transmitida por las células granulares jóvenes y maduras. Para comenzar a investigar el comportamiento fásico de las células granulares, analizamos registros in vivo del giro dentado (DG) de rata, observando que el comportamiento temporal de las células granulares con respecto al ritmo theta es diferente entre ratas con niveles normales y alterados de NG. . Específicamente, en los animales de control, las células granulares exhiben un acoplamiento tanto fuerte como débil con la fase del ritmo theta. Por el contrario, la distribución de las relaciones de fase en ratas con deterioro de NG se desplaza de manera que son significativamente más fuertes. Estos datos preliminares respaldan nuestra hipótesis de que las neuronas inmaduras podrían afectar claramente la dinámica temporal de la codificación del hipocampo.

Saremi, S., Sejnowski, TJ, Sharpee, TO Los filtros de doble gabor son componentes independientes de pequeños parches de imagen invariantes a la traducción. (2013) Computación neuronal. 25(4):922-39. DOI: 10.1162/NECO_a_00418

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Wang, X., Pinto-Duarte, A., Sejnowski, TJ, Behrens, MM Cómo la NADPH oxidasa que contiene Nox2 afecta los circuitos corticales en el modelo de esquizofrenia del antagonista del receptor NMDA. (2013) Antioxidantes y Señalización Redox. 18(12):1444-62. DOI: 10.1089/ars.2012.4907

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Jeanne, JM, Sharpee, TO, Gentner, TQ El aprendizaje asociativo mejora la codificación de la población al invertir los patrones de correlación interneuronal. (2013) Neuron. 78(2):352-63. DOI: 10.1016/j.neurona.2013.02.023

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