Publicaciones - Instituto Salk de Estudios Biológicos

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Bartol, TM, Ordyan, M., Sejnowski, TJ, Rangamani, P., Kennedy, MB Un modelo espacial de autofosforilación de CaMKII en una columna glutamatérgica sugiere un mecanismo cinético impulsado por una red para cambios biestables en la fuerza sináptica. (2024) bioRxiv. DOI: 10.1101 / 2024.02.02.578696

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Sameni, S., Bartol, TM, Corey-Bloom, J., Sejnowski, TJ Las simulaciones por computadora predicen el impacto de la atrofia neuronal en la dinámica del calcio en la enfermedad de Huntington. (2024) Nexo PNAS. 3(1):pgad443. DOI: 10.1093/pnasnexus/pgad443

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Samavat, M., Bartol, TM, Bromer, C., Hubbard, DD, Hanka, DC, Kuwajima, M., Mendenhall, JM, Parker, PH, Bowden, JB, Abraham, WC, Sejnowski, TJ, Harris, KM La potenciación a largo plazo produce una expansión sostenida de la capacidad de almacenamiento de información sináptica en el hipocampo de ratas adultas. (2024) bioRxiv. DOI: 10.1101 / 2024.01.12.574766

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La potenciación a largo plazo (LTP) se ha convertido en un modelo estándar para investigar los mecanismos sinápticos de aprendizaje y memoria. Cada vez es más interesante comprender cómo la LTP afecta la capacidad de almacenamiento de información sináptica de la población de sinapsis objetivo. Aquí, se exploró la plasticidad sináptica estructural durante la LTP mediante reconstrucción tridimensional a partir de microscopía electrónica de sección en serie. La capacidad de almacenamiento se evaluó aplicando un nuevo enfoque analítico, la teoría de la información de Shannon, para delinear el número de fortalezas sinápticas funcionalmente distinguibles. La LTP se indujo mediante estimulación delta-burst de entradas de la vía perforante a la capa molecular media de las células granulares dentadas del hipocampo en ratas adultas. Los volúmenes de la cabeza de la columna se midieron como predictores de la fuerza sináptica y se compararon entre LTP y los hemisferios de control a los 30 minutos y 2 horas después de la inducción de LTP. Se utilizaron sinapsis del mismo axón en la misma dendrita para determinar la precisión de la plasticidad sináptica en función de la similitud de sus dimensiones físicas. La entropía de Shannon se midió explotando la frecuencia de las cabezas de las columnas en tamaños funcionalmente distinguibles para evaluar el grado en que LTP alteraba el número de bits de almacenamiento de información. Los resultados de estos análisis revelan que LTP amplió la capacidad de almacenamiento; la distribución de los volúmenes de la cabeza de la columna se incrementó de 2 bits en los controles a 3 bits a los 30 minutos y 2.7 bits a las 2 horas después de la inducción de LTP. Además, la distribución de los volúmenes de la cabeza de la columna fue más uniforme en el mayor número de tamaños funcionalmente distinguibles después de la LTP, logrando así un uso más eficiente del espacio de codificación en toda la población de sinapsis.

Lainscsek, C., Salami, P., Carvalho, VR, Mendes, EMAM, Fan, M., Cash, SS, Sejnowski, TJ Análisis diferencial de retraso por motivos de red de la actividad cerebral durante las convulsiones. (2023) Caos. 33(12). DOI: 10.1063/5.0165904

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Tsuda, B., Richmond, BJ, Sejnowski, TJ Explorando las diferencias de estrategia entre humanos y monos con redes neuronales recurrentes. (2023) PLOS Biología Computacional. 19(11):e1011618. DOI: 10.1371/diario.pcbi.1011618

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Los modelos animales se utilizan para comprender los principios de la biología humana. Dentro de la neurociencia cognitiva, los primates no humanos se consideran el principal modelo para estudiar conductas de toma de decisiones en las que todavía son posibles experimentos de manipulación directa. Algunos estudios destacados han sacado a la luz importantes discrepancias entre la cognición del mono y la humana, destacando problemas con la extrapolación no verificada del mono al humano. Aquí, utilizamos un sistema modelo paralelo, redes neuronales artificiales (RNA), para investigar una discrepancia bien establecida identificada entre monos y humanos con una tarea de memoria de trabajo, en la que los monos parecen usar una estrategia basada en lo reciente mientras que los humanos usan un objetivo. -Estrategia selectiva. Encontramos que las RNA entrenadas en la misma tarea exhiben una progresión de comportamiento desde un comportamiento aleatorio (no entrenado) hasta un comportamiento similar al reciente (parcialmente entrenado) y finalmente a un comportamiento selectivo (más entrenado), lo que sugiere que los monos y los humanos pueden ocupar diferentes puntos en la misma tarea. progresión general del aprendizaje. Sorprendentemente, lo que parece ser un comportamiento similar a lo reciente en la ANN, es en realidad una propiedad emergente no basada en lo reciente de la organización del espacio de estados de la red neuronal durante su desarrollo a través del entrenamiento. Encontramos que el estímulo explícito del comportamiento reciente durante el entrenamiento tiene un doble efecto, no solo causando un comportamiento similar al reciente acentuado, sino también acelerando el proceso de aprendizaje por completo, lo que resulta en un mecanismo de configuración eficiente para lograr la estrategia óptima. Nuestros resultados sugieren una nueva explicación para la discrepancia observada entre monos y humanos y revelan que lo que puede parecer una estrategia basada en lo reciente en algunos casos puede no serlo en absoluto.

Lainscsek, C., Mendes, EMAM, Salgado, GHO, Sejnowski, TJ Transformaciones que preservan la unicidad de la forma diferencial para sistemas tipo Lorenz. (2023) Caos. 33(10). DOI: 10.1063/5.0156237

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García, GC, Gupta, K., Bartol, TM, Sejnowski, TJ, Rangamani, P. La morfología mitocondrial gobierna la tasa de producción de ATP. (2023) J Gen Physiol. 155(9). DOI: 10.1085/jgp.202213263

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Li, JS, Sarma, AA, Sejnowski, TJ, Doyle, JC La retroalimentación interna en el circuito cortical de percepción-acción permite un comportamiento rápido y preciso. (2023) Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América. 120(39):e2300445120. DOI: 10.1073/pnas.2300445120

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Los animales se mueven con fluidez y fiabilidad en entornos impredecibles. Los modelos de control sensoriomotor, basados en la teoría del control, han asumido que la información sensorial del entorno conduce a acciones, que luego actúan sobre el entorno, creando un circuito percepción-acción único y unidireccional. Sin embargo, el bucle sensoriomotor contiene retrasos internos en las vías sensoriales y motoras, lo que puede provocar un control inestable. Aquí mostramos que estos retrasos pueden compensarse mediante señales de retroalimentación interna que fluyen hacia atrás, desde las áreas motoras hacia las sensoriales. Esta retroalimentación interna es omnipresente en los sistemas neurosensoriales y mostramos cómo la retroalimentación interna compensa los retrasos internos. Esto se logra filtrando los cambios autogenerados y otros cambios predecibles para que la información procesable e impredecible pueda transmitirse rápidamente hacia la acción mediante los componentes más rápidos, comprimiendo de manera efectiva la información sensorial para utilizar de manera más eficiente las vías de retroalimentación: los tractos de neuronas gigantes y rápidas necesariamente transmiten señales menos precisas que los tractos con muchas neuronas más pequeñas, pero son cruciales para un comportamiento rápido y preciso. Usamos un modelo de control matemáticamente manejable para mostrar que la retroalimentación interna tiene un papel indispensable en lograr la estimación del estado, la localización de la función (cómo las diferentes partes de la corteza controlan diferentes partes del cuerpo) y la atención, todos los cuales son cruciales para un sistema sensoriomotor eficaz. control. Este modelo de control puede explicar observaciones anatómicas, fisiológicas y de comportamiento, incluidas las señales motoras en la corteza visual, la cinética heterogénea de los receptores sensoriales y la presencia de células gigantes en la corteza de los humanos, así como patrones de retroalimentación interna y heterogeneidad inexplicable en los sistemas neuronales. .

Zador, A., Escola, S., Richards, B., Ölveczky, B., Bengio, Y., Boahen, K., Botvinick, M., Chklovskii, D., Churchland, A., Clopath, C., DiCarlo, J., Ganguli, S., Hawkins, J., Körding, K., Koulakov, A., LeCun, Y., Lillicrap, T., Marblestone, A ., Olshausen, B., Pouget, A., Savin, C., Sejnowski, T., Simoncelli, E., Solla, S., Sussillo, D., Tolias, AS, Tsao, D. Catalizando la inteligencia artificial de próxima generación a través de NeuroAI. (2023) Nature Communications. 14(1):1597. DOI: 10.1038/s41467-023-37180-x

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Sejnowski, TJ Grandes modelos de lenguaje y la prueba de Turing inversa. (2023) Computación neuronal.:1-34 DOI: 10.1162/neco_a_01563

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Bermperidis, T., Schafer, S., Gage, FH, Sejnowski, T., Torres, EB El interrogatorio dinámico de las trayectorias del transcriptoma estocástico utilizando genes asociados a enfermedades revela distintos orígenes de trastornos neurológicos y psiquiátricos. (2023) Fronteras en neurociencia. 16:884707. DOI: 10.3389/fnins.2022.884707

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El advenimiento del acceso abierto a los datos genómicos ofrece nuevas oportunidades para revisar viejos debates clínicos y abordarlos desde un ángulo diferente. Examinamos de nuevo la cuestión de si los trastornos psiquiátricos y neurológicos son diferentes entre sí evaluando el conjunto de genes asociados con trastornos que se entienden como psiquiátricos o neurológicos. Lo hacemos en el contexto de los datos del transcriptoma rastreados a medida que las células madre embrionarias humanas se diferencian y se convierten en neuronas. Sobre la base de capas probabilísticas de complejidad creciente, describimos la dinámica y las trayectorias estocásticas del transcriptoma completo y los genes integrados asociados con trastornos psiquiátricos y/o neurológicos. Desde distribuciones marginales de la expresión de un gen a través de cientos de células, hasta interacciones conjuntas tomadas globalmente para determinar el grado de dependencia por parejas, hasta redes derivadas de gráficos probabilísticos a lo largo de árboles de expansión máxima, hemos descubierto dos clases de genes fundamentalmente diferentes que subyacen a estos trastornos y los diferencian . Una clase de genes cuenta con una mayor variabilidad en la expresión y menores dependencias (genes HEV de alta variabilidad de expresión); el otro tiene menor variabilidad y mayor dependencia (genes LEV de baja expresión de variabilidad). Dan lugar a diferentes arquitecturas de red y diferentes estados de transición. Los genes HEV tienen centros grandes y una topología frágil, mientras que los genes LEV muestran un código más distribuido durante la maduración hacia el estado neuronal. Los genes LEV aumentan la diferenciación entre trastornos psiquiátricos y neurológicos también a nivel de tejido en el cerebro, la médula espinal y las glándulas. Estos genes, con su baja variabilidad y estados ON/OFF asincrónicos que han sido tratados como datos brutos y excluidos de los análisis tradicionales, nos están ayudando a resolver este viejo argumento en más de un nivel de investigación.

Rungratsameetaweemana, N., Lainscsek, C., Cash, SS, García, JO, Sejnowski, TJ, Bansal, K. La dinámica de la red cerebral codifica la heterogeneidad en la evolución de las convulsiones. (2022) Cerebro Comun. 4(5):fcac234. DOI: 10.1093/braincomms/fcac234

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La conectividad cerebral funcional dinámica facilita la cognición y el comportamiento adaptativos. Las alteraciones anormales dentro de dicha conectividad podrían resultar en funciones interrumpidas observadas en varias condiciones neurológicas. Como uno de los trastornos neurológicos más comunes, la epilepsia se define por la aparición aparentemente aleatoria de convulsiones espontáneas. Una pregunta central pero no resuelta se refiere a los mecanismos por los cuales surgen dinámicas de propagación extraordinariamente diversas de las convulsiones. Aquí, aplicamos un enfoque de teoría de gráficos para evaluar las reconfiguraciones dinámicas en la conectividad cerebral funcional antes, durante y después de las convulsiones que muestran patrones de propagación heterogéneos a pesar de compartir inicios corticales similares. Calculamos redes de conectividad cerebral funcional que varían en el tiempo a partir de registros intracraneales humanos de 67 convulsiones (en 14 pacientes) que tenían un origen focal: 49 de estas convulsiones focales permanecieron focales y 18 sufrieron una propagación bilateral (convulsiones tónico-clónicas focales a bilaterales). Utilizamos redes de conectividad funcional estimadas a partir de períodos interictales entre pacientes como control. Nuestros resultados caracterizan las características de la red que cuantifican la dinámica funcional subyacente asociada con la heterogeneidad observada de la propagación de las convulsiones en estos dos tipos de convulsiones focales. La decodificación de estas características de la red demuestra que la propagación bilateral de la actividad convulsiva es el resultado del desequilibrio de la integración global y la segregación en el cerebro antes del inicio de la convulsión. Mostramos que existen firmas de red intrínsecas que preceden al inicio de la convulsión que están asociadas con la medida en que una convulsión inminente se propagará por todo el cerebro (es decir, permanecer dentro de un hemisferio versus propagarse transcallosalmente). Además, estas características caracterizan un aumento en la segregación y una disminución en la excitabilidad dentro de la red cerebral (es decir, alta modularidad y bajo radio espectral). Es importante destacar que las diferencias específicas del tipo de convulsión en estas características surgen varios minutos antes del inicio de la convulsión, lo que sugiere la utilidad potencial de tales medidas en las estrategias de intervención. Finalmente, nuestros resultados revelan características de la red que son exclusivas de los mecanismos de propagación de los dos subtipos de convulsiones focales más comunes, lo que indica procesos de reconfiguración distintos que pueden ayudar a la terminación de cada tipo de convulsión. Juntos, nuestros hallazgos brindan información sobre la relación entre la evolución temporal de la actividad convulsiva y la dinámica de conectividad funcional subyacente. Estos resultados ofrecen vías emocionantes en las que las medidas teóricas de gráficos podrían guiar las intervenciones clínicas personalizadas para la epilepsia y otros trastornos neurológicos en los que se observa una gran heterogeneidad entre los subtipos, así como entre pacientes individuales y dentro de ellos.

Chen, Y., Rosen, BQ, Sejnowski, TJ La covarianza diferencial dinámica recupera la estructura de red direccional en sistemas neuronales multiescala. (2022) Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América. 119(24):e2117234119. DOI: 10.1073/pnas.2117234119

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Grün, S., Li, J., McNaughton, B., Petersen, C., McCormick, D., Robson, D., Buzsáki, G., Harris, K., Sejnowski, T., Mrsic-Flogel, T., Lindén, H., Roland, PE Principios emergentes del espacio-tiempo en el cerebro: informe de reunión sobre neurodinámica espacial. (2022) Neuron. 110(12):1894-1898. DOI: 10.1016/j.neurona.2022.05.018

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Chen, Y., Bujari, Q., Lin, TW, Sejnowski, TJ La conectividad funcional de fMRI utilizando covarianza diferencial predice la conectividad estructural y los tiempos de reacción del comportamiento. (2022) Neurociencia en red. 6(2):614-633. DOI: 10.1162/netn_a_00239

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García, JW, Bartol, TM, Sejnowski, TJ Modelado multiescala de la dinámica presináptica de molecular a mesoescala. (2022) PLOS Biología Computacional. 18(5):e1010068. DOI: 10.1371/diario.pcbi.1010068

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Las sinapsis químicas exhiben una diversa gama de mecanismos internos que afectan la dinámica de la eficacia de la transmisión. Muchos de estos procesos, como la liberación de neurotransmisores y el reciclaje de vesículas, dependen en gran medida del flujo de entrada y la acumulación de Ca2+ dependientes de la actividad. Para modelar cómo cada uno de estos procesos puede afectar el procesamiento de la información en los circuitos neuronales, y cómo su disfunción puede conducir a estados patológicos, se requiere un marco de modelado computacionalmente eficiente, capaz de generar una fenomenología precisa sin incurrir en un gran costo computacional por sinapsis. La construcción de un modelo fenomenológicamente realista requiere la caracterización precisa del momento y la probabilidad de liberación de neurotransmisores. Las dificultades surgen porque las formas funcionales de la tasa de liberación instantánea pueden ser difíciles de extraer de datos ruidosos sin ejecutar muchos miles de ensayos, y en las sinapsis biofísicas, la facilitación de la probabilidad de liberación por vesícula se confunde con el agotamiento. Para superar esto, obtuvimos trazas de concentración de Ca2+ libre en respuesta a varios trenes de estímulo de potencial de acción de un modelo molecular MCell de un axón colateral de Schaffer del hipocampo. Los sensores de Ca2+ se colocaron a una distancia variable de un grupo de canales de calcio dependientes de voltaje (VDCC), y el Ca2+ fue amortiguado por calbindina. Luego, utilizando las trazas de calcio para impulsar modelos de vectores de estado deterministas de sinaptotagmina 1 y 7 (Syt-1/7), que median respectivamente la liberación sincrónica y asincrónica en las sinapsis excitatorias del hipocampo, obtuvimos perfiles de alta resolución de tasa de liberación instantánea, a los que aplicamos ajustes funcionales. La liberación de vesículas síncrona ocurrió predominantemente dentro de la mitad de una micra de la fuente de entrada de Ca2+ provocada por picos, mientras que la liberación asíncrona ocurrió de manera más consistente en todas las distancias. Tanto los mecanismos rápidos como los lentos exhibieron curvas de velocidad de liberación multiexponenciales, cuyas magnitudes decayeron exponencialmente con la distancia desde la fuente de Ca2+. Los parámetros del perfil facilitan en diferentes escalas de tiempo de acuerdo con una sola función de facilitación general. Estas descripciones funcionales sientan las bases para el modelado de mesoescala eficiente de la dinámica de liberación vesicular.

Li, J., Pinto-Duarte, A., Zander, M., Cuoco, MS, Lai, CY, Osteen, J., Fang, L., Luo, C., Lucero, JD, Gomez-Castanon, R. , Nery, JR, Silva-García, I., Pang, Y., Sejnowski, TJ, Powell, SB, Ecker, JR, Mukamel, EA, Behrens, MM La desactivación de Dnmt3a en las neuronas excitatorias afecta la maduración de la sinapsis posnatal y aumenta la modificación represiva de la histona H3K27me3. (2022) Elife. 11. DOI: 10.7554/eLife.66909

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Zhang, Z., Cisneros, E., Lee, HY, Vu, JP, Chen, Q., Benadof, CN, Whitehill, J., Rouzbehani, R., Sy, DT, Huang, JS, Sejnowski, TJ, Jankovic, J., Factor, S., Goetz, CG, Barbano, RL, Perlmutter, JS, Jinnah, HA, Berman, BD, Richardson, SP, Stebbins, GT, Comella, CL, Peterson, DA Mantenga esa pose: capturando la gravedad de la desviación de la cabeza de la distonía cervical del video. (2022) Ann Clin Transl Neurol. DOI: 10.1002/acn3.51549

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Budzinski, RC, Nguyen, TT, Đoàn, J., Mináč, J., Sejnowski, TJ, Müller, LE La geometría une sincronía, quimeras y ondas en redes de osciladores no lineales. (2022) Caos. 32 (3): 031104. DOI: 10.1063/5.0078791

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Wagner, M., Bartol, TM, Sejnowski, TJ, Cauwenberghs, G. Abstracciones de la cadena de Markov de la reacción-difusión electroquímica en la transmisión sináptica para la computación neuromórfica. (2021) Fronteras en neurociencia. 15:698635. DOI: 10.3389/fnins.2021.698635

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Mendelsohn, R., García, GC, Bartol, TM, Lee, CT, Khandelwal, P., Liu, E., Spencer, DJ, Husar, A., Bushong, EA, Phan, S., Perkins, G., Ellisman, MH, Skupin, A., Sejnowski, TJ, Rangamani, P. Principios morfológicos de las mitocondrias neuronales. (2021) Revista de Neurología Comparada. DOI: 10.1002/cne.25254

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Davis, ZW, Benigno, GB, Fletterman, C., Desbordes, T., Steward, C., Sejnowski, TJ, Reynolds, JH, Müller, L. Las ondas viajeras espontáneas emergen naturalmente de los retardos de tiempo de la fibra horizontal y viajan a través de estados localmente asincrónicos-irregulares. (2021) Nature Communications. 12(1):6057. DOI: 10.1038/s41467-021-26175-1

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Li, Y., Kim, R., Sejnowski, TJ Aprendizaje de la dinámica de membrana sináptica e intrínseca que subyace a la memoria de trabajo en modelos de redes neuronales de picos. (2021) Computación neuronal.:1-24 DOI: 10.1162/neco_a_01409

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Lainscsek, C., Efectivo, SS, Sejnowski, TJ, Kurths, J. Ergodicidad dinámica DDA revela estructura causal en series de tiempo. (2021) Caos. 31 (10): 103108. DOI: 10.1063/5.0063724

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Hayes, TL, Krishnan, GP, Bazhenov, M., Siegelmann, HT, Sejnowski, TJ, Kanan, C. Reproducción en aprendizaje profundo: enfoques actuales y elementos biológicos faltantes. (2021) Computación neuronal.:1-44 DOI: 10.1162/neco_a_01433

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Nakahira, Y., Liu, Q., Sejnowski, TJ, Doyle, JC Puntos dulces habilitados por la diversidad en arquitecturas en capas y compensaciones de precisión de velocidad en el control sensoriomotor. (2021) Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América. 118(22). DOI: 10.1073/pnas.1916367118

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Compans, B., Camus, C., Kallergi, E., Sposini, S., Martineau, M., Butler, C., Kechkar, A., Klaassen, RV, Retailleau, N., Sejnowski, TJ, Smit, AB, Sibarita, JB, Bartol, TM, Perrais, D., Nikoletopoulou, V., Choquet, D., Hosy, E. La depresión a largo plazo dependiente de NMDAR se asocia con una mayor plasticidad a corto plazo a través de la pérdida de PSD-95 mediada por autofagia. (2021) Nature Communications. 12(1):2849. DOI: 10.1038/s41467-021-23133-9

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Singh, N., Bartol, T., Levine, H., Sejnowski, T., Nadkarni, S. El retículo endoplásmico presináptico regula la plasticidad a corto plazo en las sinapsis del hipocampo. (2021) Biología de las Comunicaciones. 4(1):241. DOI: 10.1038/s42003-021-01761-7

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Trujillo, CA, Adams, JW, Negraes, PD, Carromeu, C., Tejwani, L., Acab, A., Tsuda, B., Thomas, CA, Sodhi, N., Fichter, KM, Romero, S., Zanella, F., Sejnowski, TJ, Ulrich, H., Muotri, AR Reversión farmacológica de patología sináptica y de red en neuronas humanas MECP2-KO y organoides corticales. (2021) EMBO Medicina Molecular. 13(1):e12523. DOI: 10.15252/emmm.202012523

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Kim, R, Sejnowski, TJ La fuerte señalización inhibitoria subyace a la dinámica temporal estable y la memoria de trabajo en las redes neuronales de picos. (2020) Neurociencia de la naturaleza. DOI: 10.1038 / s41593-020-00753-w

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Tsuda, B., Tye, KM, Siegelmann, HT, Sejnowski, TJ Un marco de modelado para el aprendizaje permanente adaptativo con transferencia y ahorro a través de la activación en la corteza prefrontal. (2020) Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América. DOI: 10.1073 / pnas.2009591117

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Davis, W., Muller, L., Martínez-Trujillo, J., Sejnowski, T., Reynolds, JH Percepción de puerta de ondas corticales viajeras espontáneas en primates que se comportan (2020) Naturaleza. DOI: https://www.nature.com/articles/s41586-020-2802-y.

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Sejnowski, T. Charles Gross: Mentor, Maestro, Mensch. (2020) Avances en neurobiología.:101926 DOI: 10.1016/j.pneurobio.2020.101926

González, CE, Lainscsek, C., Sejnowski, TJ, Letlier, C. Evaluación de la observabilidad de sistemas caóticos utilizando el análisis diferencial de retardo. (2020) Caos. 30 (10): 103113. DOI: 10.1063/5.0015533

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Sobczak, F., Él, Y., Sejnowski, TJ, Yu, X. Predicción de la fluctuación de la señal de fMRI con redes neuronales recurrentes entrenadas en la dinámica de redes vasculares. (2020) Corteza cerebral . DOI: 10.1093/cerca/bhaa260

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Abbott, LF, Bock, DD, Callaway, EM, Denk, W., Dulac, C., Fairhall, AL, Fiete, I., Harris, KM, Helmstaedter, M., Jain, V., Kasthuri, N., LeCun, Y., Lichtman, JW, Littlewood, PB, Luo, L., Maunsell, JHR, Reid, RC, Rosen, BR, Rubin, GM, Sejnowski, TJ, Seung, HS, Svoboda, K., Tanque, DW, Tsao, D., Van Essen, DC La mente de un ratón. (2020) Cell. 182(6):1372-1376. DOI: 10.1016/j.cell.2020.08.010

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Lin, TW, Chen, Y., Bukhari, Q., Krishnan, GP, Bazhenov, M., Sejnowski, TJ Covarianza diferencial: un nuevo método para estimar la conectividad funcional en fMRI. (2020) Computación neuronal.:1-33 DOI: 10.1162/neco_a_01323

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Ordyan, M., Bartol, T., Kennedy, M., Rangamani, P., Sejnowski, T. Las interacciones entre la calmodulina y la neurogranina gobiernan la dinámica de CaMKII como integrador con fugas. (2020) PLOS Biología Computacional. 16(7):e1008015. DOI: 10.1371/diario.pcbi.1008015

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Se sabe desde hace mucho tiempo que la quinasa II dependiente de calmodulina (CaMKII) desempeña un papel importante en el aprendizaje y la memoria, así como en la potenciación a largo plazo (LTP). Más recientemente, se ha sugerido que podría estar involucrado en el promedio de tiempo de las señales sinápticas, lo que luego puede conducir a la alta precisión de la información almacenada en una sola sinapsis. Sin embargo, el papel de la molécula de andamiaje, neurogranina (Ng), en el gobierno de la dinámica de CaMKII aún no se comprende completamente. En este trabajo, adoptamos un enfoque de modelado basado en reglas a través del método de Monte Carlo para estudiar el efecto de las señales de Ca2+ en la dinámica de la fosforilación de CaMKII en la densidad postsináptica (PSD). Se observan picos de calcio en las espinas sinápticas durante un EPSP y un potencial de acción de retropropagación debido a la apertura de los receptores NMDA y los canales de calcio dependientes del voltaje. Utilizando modelos basados en agentes, investigamos computacionalmente la dinámica de la fosforilación de los monómeros CaMKII y las holoenzimas dodecaméricas. La molécula de andamiaje, Ng, cuando está presente en una concentración significativa, limita la disponibilidad de calmodulina libre (CaM), la proteína que activa CaMKII en presencia de calcio. Mostramos que Ng juega un papel modulador importante en la fosforilación de CaMKII después de una oleada de alta concentración de calcio. Encontramos una dependencia no intuitiva de este efecto en la concentración de CaM que resulta de las diferentes afinidades de CaM por CaMKII dependiendo del número de iones de calcio unidos a la primera. Se ha demostrado previamente que, en ausencia de fosfatasa, los monómeros de CaMKII se integran sobre las señales de Ca2+ de ciertas frecuencias a través de la autofosforilación (Pepke et al, Plos Comp. Bio., 2010). También estudiamos el efecto de múltiples picos de calcio en la autofosforilación de la holoenzima CaMKII y mostramos que, en presencia de fosfatasa, CaMKII se comporta como un integrador con fugas de señales de calcio, un resultado que se ha observado recientemente in vivo. Nuestros modelos predicen que los parámetros de este integrador con fugas se ajustan finamente a través de las interacciones de Ng, CaM, CaMKII y PP1, lo que proporciona un mecanismo para controlar con precisión la sensibilidad de las sinapsis a las señales de calcio. El resumen del autor no es válido para envíos de PLOS ONE.

Goncalves, J., Bartol, TM, Camus, C., Levet, F., Menegolla, AP, Sejnowski, TJ, Sibarita, JB, Vivaudou, M., Choquet, D., Hosy, E. Coorganización y coactivación a nanoescala de AMPAR, NMDAR y mGluR en sinapsis excitatorias. (2020) Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América. DOI: 10.1073 / pnas.1922563117

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Filimon, F., Nelson, JD, Sejnowski, TJ, Sereno, MI, Cottrell, GW El cuerpo estriado ventral disocia la expectativa de información, la anticipación de la recompensa y la recepción de la recompensa. (2020) Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América. DOI: 10.1073 / pnas.1911778117

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DAS, A., Efectivo, SS, Sejnowski, TJ Heterogeneidad de la dinámica preictal en ataques epilépticos humanos. (2020) Acceso IEEE. 8:52738-52748. DOI: 10.1109/acceso.2020.2981017

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Generalmente se entiende que existe una fase preictal en el desarrollo de una convulsión y este período preictal es la base para los intentos de predicción de la convulsión. El enfoque de este estudio es la dinámica espacio-temporal global preictal y su variabilidad intra-paciente. Analizamos la conectividad cerebral de banda ancha preictal a partir de grabaciones de electrocorticografía humana (ECoG) de 185 convulsiones (que incluyeron 116 convulsiones clínicas) recopiladas de 12 pacientes. Los electrodos ECoG registran solo una parte de la corteza, dejando grandes regiones del cerebro sin observar. Por lo tanto, la conectividad cerebral se estimó utilizando el método de matriz de precisión regularizada escasa más latente (SLRPM), que calcula la conectividad a partir de correlaciones parciales de las estadísticas condicionales de las regiones observadas dadas las regiones latentes no observadas. La conectividad cerebral se cuantificó utilizando la centralidad del vector propio (EC), a partir de la cual se calculó un grado de heterogeneidad para los períodos preictales de todas las convulsiones en cada paciente. Los resultados del método SLRPM se comparan con los de la matriz de precisión regularizada dispersa (SRPM) y los métodos de correlación, que no tienen en cuenta las entradas no observadas al estimar la conectividad cerebral. El grado de heterogeneidad estimado por el método SLRPM es superior al estimado por los métodos SRPM y de correlación para los periodos preictales en la mayoría de los pacientes. Estos resultados revelan una heterogeneidad o desincronización sustancial entre las áreas del cerebro en el período preictal de las crisis epilépticas humanas. Además, el método SLRPM identifica más canales de inicio de los electrodos activos preictales en comparación con los métodos SRPM y de correlación. Finalmente, la correlación entre el grado de heterogeneidad y la gravedad de las crisis de los pacientes para los métodos SLRPM y SRPM fue menor que la obtenida con el método de correlación. Estos resultados respaldan hallazgos recientes que sugieren que las neuronas inhibidoras pueden tener efectos anticonvulsivos al inducir variabilidad o heterogeneidad entre las convulsiones. Comprender cómo esta variabilidad está relacionada con el inicio de las convulsiones puede conducir a mejores predicciones y terapias de control.

Sejnowski, TJ La irrazonable efectividad del aprendizaje profundo en inteligencia artificial. (2020) Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América. DOI: 10.1073 / pnas.1907373117

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García, GC, Bartol, TM, Phan, S., Bushong, EA, Perkins, G., Sejnowski, TJ, Ellisman, MH, Skupin, A. La morfología mitocondrial proporciona un mecanismo para amortiguar la energía en las sinapsis. (2019) Informes Científicos. 9(1):18306. DOI: 10.1038/s41598-019-54159-1

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Jullié, D., Stoeber, M., Sibarita, JB, Zieger, HL, Bartol, TM, Arttamangkul, S., Sejnowski, TJ, Hosy, E., von Zastrow, M. Un ciclo vesicular presináptico discreto para receptores neuromoduladores. (2019) Neuron. DOI: 10.1016 / j.neuron.2019.11.016

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Pharris, MC, Patel, NM, VanDyk, TG, Bartol, TM, Sejnowski, TJ, Kennedy, MB, Stefan, MI, Kinzer-Ursem, TL Un modelo multiestado del dodecámero CaMKII sugiere un papel para la calmodulina en el mantenimiento de la autofosforilación. (2019) PLOS Biología Computacional. 15(12):e1006941. DOI: 10.1371/diario.pcbi.1006941

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La proteína quinasa II dependiente de Ca2+/calmodulina (CaMKII) representa hasta el 2 por ciento de todas las proteínas del cerebro y es esencial para la función de la memoria. Se sabe que la actividad de CaMKII regula los cambios dinámicos en el tamaño y la fuerza de señalización de las conexiones neuronales, un proceso conocido como plasticidad sináptica. Cada vez más, los modelos computacionales se utilizan para explorar la plasticidad sináptica y los mecanismos que regulan la actividad de CaMKII. Los enfoques de modelado convencionales pueden excluir los detalles biofísicos debido a la cantidad poco práctica de combinaciones de estados que surgen al monitorear explícitamente los cambios conformacionales, la unión de ligandos y los eventos de fosforilación que ocurren en cada una de las subunidades de la holoenzima CaMKII. Para gestionar la explosión combinatoria sin necesidad de sesgo o pérdida de precisión biológica, usamos una sintaxis especializada en el software MCell para crear un modelo basado en reglas de una holoenzima CaMKII de doce subunidades. Aquí validamos el modelo basado en reglas frente a medidas experimentales anteriores de la actividad de CaMKII e investigamos los mecanismos moleculares de la regulación de CaMKII. Específicamente, exploramos cómo la unión de Ca2+/CaM puede estabilizar la activación de la subunidad CaMKII y regular el mantenimiento de la autofosforilación de CaMKII. Teniendo en cuenta que Ca2+/CaM y las proteínas fosfatasas se unen a CaMKII en sitios cercanos o superpuestos, comparamos escenarios modelo en los que Ca2+/CaM y la proteína fosfatasa excluyen o no estructuralmente la unión de los demás a CaMKII. Nuestros resultados sugieren un mecanismo funcional para el llamado fenómeno de "atrapamiento de CaM", en el que Ca2+/CaM puede excluir estructuralmente la unión de fosfatasa y, por lo tanto, prolongar la autofosforilación de CaMKII. Concluimos que la protección estructural de CaMKII autofosforilado por Ca2+/CaM puede ser un mecanismo importante para la regulación de la plasticidad sináptica.

Lainscsek, C., Rungratsameetaweemana, N., Cash, SS, Sejnowski, TJ Los estados de quimera cortical predicen ataques epilépticos. (2019) Caos. 29 (12): 121106. DOI: 10.1063/1.5139654

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Ruiz-Martínez, , Bartol, TM, Sejnowski, TJ, Tartakovski, DM Algoritmo híbrido estocástico autoajustable para sistemas de reacción-difusión. (2019) Revista de Física Química. 151 (24): 244117. DOI: 10.1063/1.5125022

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Siddharth, S., Jung, TP, Sejnowski, TJ Impacto del Contenido Multimedia Afectivo en el Electroencefalograma y las Expresiones Faciales. (2019) Informes Científicos. 9(1):16295. DOI: 10.1038/s41598-019-52891-2

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De la Fuente, IM, Bringas, C., Malaina, I., Regner, B., Pérez-Samartín, A., Boyano, MD, Fedetz, M., López, JI, Pérez-Yarza, G., Cortes, JM, Sejnowski, T. El núcleo no afecta significativamente las trayectorias migratorias de la ameba en entornos bidimensionales. (2019) Informes Científicos. 9(1):16369. DOI: 10.1038/s41598-019-52716-2

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Litvina, E., Adams, A., Barth, A., Bruchez, M., Carson, J., Chung, JE, Dupre, KB, Frank, LM, Gates, KM, Harris, KM, Joo, H., William Lichtman, J., Ramos, KM, Sejnowski, T., Trimmer, JS, White, S., Koroshetz, W. Iniciativa BRAIN: herramientas y recursos de vanguardia para la comunidad. (2019) Journal of Neuroscience. 39(42):8275-8284. DOI: 10.1523/JNEUROSCI.1169-19.2019

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El objetivo general de la iniciativa NIH BRAIN (Investigación del cerebro mediante el avance de neurotecnologías innovadoras) es avanzar en la comprensión de la función del circuito cerebral sano y enfermo a través de la innovación tecnológica. Los principios básicos para este objetivo incluyen la validación y difusión de la miríada de tecnologías, herramientas, métodos y recursos innovadores que surgen de la investigación financiada por BRAIN. Los innovadores, las agencias de financiación de BRAIN y los socios no federales están trabajando juntos para desarrollar estrategias para hacer que estos productos sean útiles, estén disponibles y sean accesibles para la comunidad científica. Aquí, describimos varias estrategias tempranas para apoyar la difusión de tecnologías BRAIN. Nuestro objetivo es vigorizar un diálogo con la comunidad de investigación y financiación de la neurociencia, los colaboradores interdisciplinarios y los aprendices sobre las oportunidades existentes y futuras para cultivar productos de investigación innovadores en sistemas de investigación maduros, integrados y adaptables. Junto con el minisimposio 2019 de la Sociedad para la Neurociencia que lo acompaña, "Iniciativa BRAIN: herramientas y recursos de vanguardia para la comunidad", destacamos el trabajo de varios equipos de investigadores de BRAIN que están progresando para proporcionar herramientas, tecnologías y servicios para el comunidad de neurociencias. Estas herramientas acceden a los circuitos neuronales en múltiples niveles de análisis, desde la composición subcelular hasta la conectividad de red en todo el cerebro, incluidos los siguientes: sistemas integrados para conectómica basada en EM y fluorescencia, avances en capacidades de inmunoetiquetado y recursos para registrar y analizar conectividad funcional. Los investigadores describen cómo los recursos que brindan a la comunidad contribuirán a lograr los objetivos de la Iniciativa NIH BRAIN. Finalmente, además de celebrar las contribuciones de estos investigadores financiados por BRAIN, el Mini-Simposio ilustrará la diversidad más amplia de las inversiones de la Iniciativa BRAIN en tecnologías y recursos de vanguardia.

Kim, R., Li, Y., Sejnowski, TJ Marco simple para construir redes neuronales recurrentes de picos funcionales. (2019) Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América. DOI: 10.1073 / pnas.1905926116

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Lainscsek, C., González, CE, Sampson, AL, Cash, SS, Sejnowski, TJ Detección de causalidad en la dinámica de convulsiones corticales mediante análisis diferencial de retardo de dinámica cruzada. (2019) Caos. 29 (10): 101103. DOI: 10.1063/1.5126125

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Cugno, A., Bartol, TM, Sejnowski, TJ, Iyengar, R., Rangamani, P. Principios geométricos de la dinámica del segundo mensajero en las espinas dendríticas. (2019) Informes Científicos. 9(1):11676. DOI: 10.1038/s41598-019-48028-0

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Las espinas dendríticas son pequeñas protuberancias bulbosas a lo largo de las dendritas en las neuronas y desempeñan un papel fundamental en la transmisión sináptica. Las espinas dendríticas vienen en una variedad de formas que dependen de su estado de desarrollo. Además, aproximadamente entre el 14 y el 19 % de las espinas maduras tienen un retículo endoplásmico especializado llamado aparato espinal. ¿Cómo afecta la forma de una columna postsináptica y su organización interna a la dinámica espacio-temporal de la señalización a corto plazo? Las respuestas a esta pregunta son fundamentales para comprender el inicio de la transmisión sináptica, el aprendizaje y la formación de la memoria. En este trabajo, investigamos el efecto del tamaño y la forma de la columna vertebral y del aparato de la columna vertebral en la dinámica espacio-temporal de los segundos mensajeros utilizando modelos matemáticos utilizando ecuaciones de reacción-difusión en geometrías idealizadas (elipsoides, esferas y en forma de hongo). Nuestros análisis y simulaciones mostraron que, a corto plazo, el tamaño y la forma de la columna, junto con las geometrías del aparato de la columna, gobiernan la dinámica espaciotemporal de los segundos mensajeros. Mostramos que la curvatura de las geometrías da lugar a funciones pseudoarmónicas, que predicen las ubicaciones de concentraciones máximas y mínimas a lo largo de la cabeza de la columna. Además, demostramos que la vida útil del gradiente de concentración se puede ajustar mediante la localización de flujos en la cabeza de la columna y variando las curvaturas y distancias relativas entre el aparato de la columna y la cabeza de la columna. Por lo tanto, hemos identificado varios determinantes geométricos clave de cómo la cabeza de la columna vertebral y el aparato de la columna vertebral pueden regular la dinámica química a corto plazo de las moléculas pequeñas que controlan la plasticidad sináptica.

Wang, HP, García, JW, Sabottke, CF, Spencer, D., Sejnowski, TJ La conectividad talamocortical realimentada conserva la información de sincronización del estímulo en las vías sensoriales. (2019) Journal of Neuroscience. DOI: 10.1523 / JNEUROSCI.3165-17.2019

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La sincronización confiable de los picos corticales en respuesta a los eventos visuales es crucial para representar las entradas visuales al cerebro. Los picos en la corteza visual primaria deben ocurrir al mismo tiempo dentro de un estímulo visual repetido. La corteza emplea dos mecanismos clásicos para mejorar la sincronización confiable. Primero, las neuronas corticales responden confiablemente a un conjunto restringido de estímulos a través de su preferencia por ciertos patrones de potencial de membrana debido a sus propiedades intrínsecas. En segundo lugar, la red intracortical de neuronas excitatorias e inhibidoras induce una inhibición lateral que, a través de la sincronización y la fuerza de IPSC y EPSC, produce trenes de picos de neuronas corticales escasos y sincronizados de manera confiable para transmitirse aguas abajo. Aquí describimos un tercer mecanismo que, a través de la conectividad sináptica talamocortical preferencial, mejora la precisión de tiempo de prueba a prueba de los picos corticales en presencia de variabilidad del tren de picos dentro de cada prueba que se introduce entre las neuronas LGN en la vía retinotalámica. Al aplicar trenes de picos LGN registrados experimentalmente del gato anestesiado a un modelo detallado de una neurona V1 estrellada espinosa, descubrimos que la precisión de sincronización de picos de salida mejoró con un número creciente de entradas LGN convergentes. La mejora fue consistente con la proporcionalidad prevista de √???? para ???? Neuronas fuente LGN. También encontramos configuraciones de conectividad que maximizan la confiabilidad y que generan trenes de picos de salida de celda V1 cuantitativamente similares a las grabaciones experimentales. Nuestros hallazgos sugieren un principio general, a saber, la variabilidad intraensayo entre las entradas convergentes, que aumenta la precisión de la respuesta al estímulo y es ampliamente aplicable a las neuronas de pico conectadas sinápticamente. La vía visual temprana del gato es favorable para estudiar los efectos de prueba a prueba. variabilidad de las entradas sinápticas y variabilidad intraensayo de la conectividad talamocortical en la transmisión de información a la corteza visual. Hemos utilizado un modelo detallado para mostrar que existen combinaciones preferidas de la cantidad de aferentes talámicos y la cantidad de sinapsis por aferente que maximizan la confiabilidad de salida y la precisión de sincronización de picos de las neuronas corticales. Esto proporciona información adicional sobre cómo la sincronía en los trenes de picos talámicos puede reducir la variabilidad de un ensayo a otro para producir informes altamente confiables de eventos sensoriales a la corteza. Los mismos principios pueden aplicarse a otras vías convergentes en las que los trenes de picos con fluctuaciones temporales pueden impulsar de forma fiable la neurona aguas abajo y mejorar la precisión temporal.

Bell, M., Bartol, T., Sejnowski, T., Rangamani, P. La geometría de la columna dendrítica y la organización del aparato de la columna gobiernan la dinámica espaciotemporal del calcio. (2019) J. Gen. Physiol. DOI: 10.1085/jgp.201812261

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Pinto-Duarte, A., Roberts, AJ, Ouyang, K., Sejnowski, TJ Deterioros en la memoria remota causados por la falta de receptores IP Tipo 2. (2019) Glia. DOI: 10.1002/glia.23679

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El segundo mensajero inositol 1,4,5-trifosfato (IP) es fundamental para la transducción de señales en células biológicas, mediando la liberación de Ca del retículo endoplásmico. De las tres isoformas de receptores de IP identificadas en el sistema nervioso, el Tipo 2 (IP R2) es la principal isoforma expresada por los astrocitos. Se demostró que la falta total de IP R2 en ratones transgénicos interrumpe significativamente la señalización de Ca en los astrocitos, al tiempo que deja las vías intracelulares neuronales prácticamente imperturbables. Si y cómo este receptor predominantemente no neuronal podría afectar la función de la memoria a largo plazo ha sido un tema de intenso debate. En este trabajo, encontramos que la ausencia de señalización mediada por IP R2 no interrumpió el aprendizaje normal o la memoria reciente (24-48 h). Sin embargo, contrariamente a las expectativas, los ratones que carecían de IP R2 exhibieron déficits de memoria remotos (2 a 4 semanas). La falta de IP R2 no solo afectó el reconocimiento remoto, el miedo y las memorias espaciales, sino que también impidió las mejoras de memoria posteriores a la codificación que se producen naturalmente como consecuencia de la consolidación de la memoria. De acuerdo con el papel clave que desempeña la reducción de escala de la transmisión sináptica en la consolidación de la memoria, encontramos que la depresión a largo plazo dependiente de NMDAR era anormal en cortes de hipocampo ex vivo preparados de forma aguda a partir de ratones con deficiencia de IP R2, un déficit que podría prevenirse con la suplementación con D-serina, un coagonista del receptor NMDA cuya síntesis depende de la actividad de los astrocitos. Nuestros resultados revelan que la activación de IP R2, que en el cerebro es primordial para la señalización de Ca en los astrocitos, pero no en las neuronas, puede ayudar a dar forma a la plasticidad cerebral al mejorar la consolidación de la información recién adquirida en recuerdos a largo plazo que pueden guiar comportamientos cognitivos remotos.

Zhou, J., Ma, J., Chen, Y., Cheng, C., Bao, B., Peng, J., Sejnowski, TJ, Dixon, JR, Ecker, JR Agrupación robusta de Hi-C de una sola celda mediante imputación basada en convolución y paseo aleatorio. (2019) Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América. DOI: 10.1073 / pnas.1901423116

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Oakley, BA, Sejnowski, TJ Lo que aprendimos al crear uno de los MOOC más populares del mundo. (2019) Aprendizaje científico de NPJ. 4:7. DOI: 10.1038/s41539-019-0046-0

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Ernst, OK, Bartol, TM, Sejnowski, TJ, Mjolsness, E. Cierre de momentos de aprendizaje en sistemas de reacción-difusión con distribuciones dinámicas espaciales de Boltzmann. (2019) Rev. Phys. E. 99(6-1):063315. DOI: 10.1103/PhysRevE.99.063315

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Das, A., Sexton, D., Lainscsek, C., Cash, SS, Sejnowski, TJ Caracterización de la conectividad cerebral a partir de grabaciones de electrocorticografía humana con entradas no observadas durante ataques epilépticos. (2019) Computación neuronal.:1-56 DOI: 10.1162/neco_a_01205

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La epilepsia es un trastorno neurológico caracterizado por la aparición repentina de convulsiones no provocadas. Existe una amplia evidencia de conectividad cerebral significativamente alterada durante los períodos de convulsiones en el cerebro humano. La investigación sobre el análisis de la conectividad funcional del cerebro humano durante los ataques epilépticos se ha limitado predominantemente al uso del método de correlación. Sin embargo, la conectividad espuria se puede medir entre dos regiones del cerebro sin tener una conexión o interacción directa entre ellas. Las correlaciones pueden deberse a las interacciones aparentes de las dos regiones del cerebro que resultan de la entrada común de una tercera región, que puede o no observarse. Por lo tanto, los investigadores han propuesto recientemente una matriz de precisión regularizada escasa más latente (SLRPM) cuando hay regiones no observadas o latentes que interactúan con las regiones observadas. El método SLRPM produce correlaciones parciales de las estadísticas condicionales de las regiones observadas dadas las regiones latentes, identificando así las regiones observadas que son condicionalmente independientes de las regiones observadas y latentes. Evaluamos el desempeño de los métodos usando una red artificial resorte-masa y asumiendo que algunos nodos no pueden ser observados, constituyendo así las variables latentes en el ejemplo. Se han considerado varios casos, incluidas conexiones dispersas y densas, conexiones de corto y largo alcance y un número variable de variables latentes. A continuación, se aplica el método SLRPM para estimar la conectividad cerebral durante las crisis epilépticas a partir de grabaciones ECoG humanas. Setenta y cuatro convulsiones clínicas de cinco pacientes, todos con epilepsia parcial compleja, se analizaron mediante SLRPM y la conectividad cerebral se cuantificó mediante el índice de modularidad, el coeficiente de agrupamiento y la centralidad del vector propio. Además, utilizando una medida de entradas latentes estimada por el método SLRPM, fue posible detectar automáticamente 72 de las 74 incautaciones con cuatro falsos positivos y encontrar seis incautaciones que no se marcaron manualmente.

Siddharth, Patel, AN, Jung, TP, Sejnowski, TJ Un sistema de biodetección multimodal portátil hacia aplicaciones del mundo real. (2019) IEEE Trans Biomed Ing. 66(4):1137-1147. DOI: 10.1109/TBME.2018.2868759

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La detección biológica multimodal se ha utilizado recientemente como herramientas de investigación eficaces en computación afectiva, autismo, trastornos clínicos y realidad virtual, entre otras áreas. Sin embargo, ninguno de los sistemas de biodetección existentes admite multimodalidad de forma portátil fuera de entornos de laboratorio bien controlados con mediciones de grado de investigación. Este documento intenta cerrar esta brecha mediante el desarrollo de un sistema de biodetección multimodal portátil capaz de recopilar, sincronizar, registrar y transmitir datos de múltiples biosensores: PPG, EEG, auriculares de mirada, captura de movimiento corporal, GSR, etc., al mismo tiempo que proporciona funciones de modulación de tareas, incluido el etiquetado de estímulo visual. Este estudio describe el desarrollo y la integración de varios componentes de nuestro sistema. Evaluamos los sensores desarrollados comparando sus medidas con las obtenidas por biosensores estándar de grado de investigación. Primero evaluamos diferentes modalidades de sensores de nuestros auriculares, a saber, el módulo PPG basado en el lóbulo de la oreja con cancelación de ruido de movimiento para ECG durante el cálculo de los latidos del corazón. También comparamos los potenciales evocados visualmente en estado estacionario medidos por nuestros sensores EEG secos blindados con los potenciales obtenidos por los sensores EEG secos disponibles en el mercado. También investigamos el efecto de los movimientos de la cabeza en la exactitud y precisión de nuestro sistema de mirada ocular portátil. Además, llevamos a cabo dos tareas prácticas para demostrar las aplicaciones del uso de múltiples modalidades de sensores para explorar preguntas que antes no tenían respuesta en biodetección. Específicamente, utilizando biodetección, mostramos qué estrategia funciona mejor para jugar "¿Dónde está Waldo?" juego de búsqueda visual, cambios en EEG correspondientes a fijaciones de objetivos verdaderos versus falsos en este juego, y predicción de los estados de pérdida/empate/ganancia a través de modalidades de biodetección mientras aprende sus limitaciones en un juego de "Piedra, papel o tijera".

Tapia, JJ, Saglam, AS, Czech, J., Kuczewski, R., Bartol, TM, Sejnowski, TJ, Faeder, JR MCell-R: un marco de modelado espacial sin red de resolución de partículas. (2019) Métodos en Biología Molecular. 1945:203-229. DOI: 10.1007/978-1-4939-9102-0_9

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Aimon, S., Katsuki, T., Jia, T., Grosenick, L., Broxton, M., Deisseroth, K., Sejnowski, TJ, Greenspan, RJ Imágenes rápidas de casi todo el cerebro en Drosophila adulta durante las respuestas a los estímulos y el comportamiento. (2019) PLOS Biología. 17(2):e2006732. DOI: 10.1371/journal.pbio.2006732

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Lainscsek, C., Sampson, AL, Kim, R., Thomas, ML, Man, K., Lainscsek, X., Swerdlow, NR, Braff, DL, Sejnowski, TJ, Luz, Georgia Dinámica no lineal subyacente a la disfunción del procesamiento sensorial en la esquizofrenia. (2019) Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América. 116(9):3847-3852. DOI: 10.1073/pnas.1810572116

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Los sistemas naturales, incluido el cerebro, a menudo parecen caóticos, ya que suelen estar impulsados por procesos dinámicos no lineales complejos. La interrupción en la coordinación fluida de múltiples regiones del cerebro contribuye a las deficiencias en el procesamiento de la información y la constelación de síntomas observados en los trastornos neuropsiquiátricos. Se cree que la esquizofrenia (SZ), una de las enfermedades mentales más debilitantes, surge, en parte, de una disfunción de la red de este tipo, lo que conduce a un procesamiento deficiente de la información auditiva, así como a déficits cognitivos y psicosociales. Los enfoques actuales para los análisis de biomarcadores neurofisiológicos se basan predominantemente en métodos lineales y, por lo tanto, pueden no capturar la gran cantidad de información contenida en las señales EEG completas, incluida la dinámica no lineal. En este estudio, se aplicó el análisis diferencial de retardo (DDA), un método no lineal basado en la teoría de incrustación de la física teórica, a las grabaciones de EEG de 877 pacientes SZ y 753 sujetos de comparación no psiquiátricos (NCS) que se sometieron a pruebas de negatividad de desajuste (MMN) a través de su participación en el estudio del Consorcio sobre la Genética de la Esquizofrenia (COGS-2). DDA reveló una arquitectura dinámica no lineal significativa relacionada con el procesamiento de información auditiva en ambos grupos. Es importante destacar que los cambios significativos de DDA precedieron a los observados con los métodos lineales tradicionales. Se detectaron anomalías marcadas en las características lineales y no lineales en pacientes con SZ. Estos resultados ilustran los beneficios del análisis no lineal de las señales cerebrales y subrayan la necesidad de futuros estudios para investigar la relación entre las características de DDA y la fisiopatología del procesamiento de la información.

Padmanabhan, K., Osakada, F., Tarabrina, A., Kizer, E., Callaway, EM, Gage, FH, Sejnowski, TJ Entradas centrífugas al bulbo olfatorio principal reveladas a través del mapeo de circuitos de todo el cerebro. (2019) Fronteras en Neuroanatomía. 12:115. DOI: 10.3389/fnana.2018.00115

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Sampson, AL, Lainscsek, C., Gonzalez, CE, Ulbert, I., Devinsky, O., Fabó, D., Halgren, E., Cash, SS, Sejnowski, TJ Análisis diferencial de retardo para la detección dinámica del eje del sueño. (2019) Revista de Métodos de Neurociencia. DOI: 10.1016/j.jneumeth.2019.01.009

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Reddy, G., Wong-Ng, J., Celani, A., Sejnowski, TJ, Vergasola, M. Planeador volando a través del aprendizaje de refuerzo en el campo. (2018) Naturaleza. DOI: 10.1038/s41586-018-0533-0

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Las aves voladoras a menudo dependen de las columnas térmicas ascendentes (termales) en la atmósfera mientras buscan presas o migran a través de grandes distancias. El paisaje de las corrientes convectivas es accidentado y cambia en escalas de tiempo de unos pocos minutos a medida que las térmicas se forman, se desintegran o son transportadas constantemente por el viento. Se desconoce cómo las aves planeadoras encuentran y navegan las corrientes térmicas dentro de este complejo paisaje. El aprendizaje por refuerzo proporciona un marco apropiado para identificar una estrategia de navegación efectiva como una secuencia de decisiones tomadas en respuesta a señales ambientales. Aquí usamos el aprendizaje por refuerzo para entrenar a un planeador en el campo para navegar las térmicas atmosféricas de forma autónoma. Equipamos un planeador de dos metros de envergadura con un controlador de vuelo que controlaba con precisión el ángulo de alabeo y el cabeceo, modulándolos a intervalos con el objetivo de ganar la mayor sustentación posible. Se determinó una estrategia de navegación únicamente a partir de las experiencias conjuntas del planeador, recopiladas durante varios días en el campo. La estrategia se basa en métodos a bordo para estimar con precisión las aceleraciones del viento vertical local y los pares de giro del planeador, que sirven como señales de navegación. Establecemos la validez de nuestra política de vuelo aprendida a través de experimentos de campo, simulaciones numéricas y estimaciones del ruido en mediciones provocadas por la turbulencia atmosférica. Nuestros resultados resaltan el papel de las aceleraciones verticales del viento y los torques de balanceo como señales mecanosensoriales efectivas para las aves voladoras y proporcionan una estrategia de navegación que es directamente aplicable al desarrollo de vehículos voladores autónomos.

Sejnowski, T. El profeta que predijo nuestro futuro. (2018) Cerebro: una revista de neurología. 141(9):2820-2822. DOI: 10.1093/cerebro/awy212

Ernst, OK, Bartol, T., Sejnowski, T., Mjolsness, E. Aprendizaje de distribuciones dinámicas de Boltzmann como modelos reducidos de cinética química espacial. (2018) J Química Física. 149 (3): 034107. DOI: 10.1063/1.5026403

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Haas, KT, Compans, B., Letellier, M., Bartol, TM, Grillo-Bosch, D., Sejnowski, TJ, Sainlos, M., Choquet, D., Thoumine, O., Hosy, E. La alineación sináptica pre-post a través de neuroligina-1 sintoniza la eficiencia de transmisión sináptica. (2018) Elife. 7. DOI: 10.7554/eLife.31755

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Siddharth, Jung, TP, Sejnowski, TJ Enfoque multimodal para la computación afectiva. (2018) Conf Proc IEEE Eng Med Biol Soc. 2018:291-294. DOI: 10.1109/EMBC.2018.8512320

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Krishnan, GP, Rosen, BQ, Chen, JY, Muller, L., Sejnowski, TJ, Cash, SS, Halgren, E., Bazhenov, M. La conectividad laminar talamocortical e intracortical determina las propiedades del huso del sueño. (2018) PLOS Biología Computacional. 14(6):e1006171. DOI: 10.1371/diario.pcbi.1006171

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Los husos del sueño son eventos oscilatorios breves durante el sueño sin movimientos oculares rápidos (NREM). Las propiedades de densidad y sincronización del huso son diferentes en las grabaciones MEG versus EEG en humanos y también varían con el rendimiento del aprendizaje, lo que sugiere la participación del huso en la consolidación de la memoria. Aquí, utilizando modelos computacionales, identificamos mecanismos de red que pueden explicar las diferencias en las propiedades del huso en las estructuras corticales. Primero, informamos que las diferencias en la ocurrencia del huso entre los datos de MEG y EEG pueden surgir de las propiedades contrastantes de los sistemas talamocorticales del núcleo y la matriz. El sistema de la matriz, que se proyecta superficialmente, tiene un abanico talamocortical más ancho en comparación con el sistema central, que se proyecta a las capas intermedias, y requiere el reclutamiento de una mayor población de neuronas para iniciar un huso. Esta propiedad fue suficiente para explicar la menor densidad de husos y la mayor sincronía espacial de los husos en las capas corticales superficiales, como se observa en la señal del EEG. Por el contrario, los husos en el sistema central ocurrieron con mayor frecuencia pero de forma menos sincrónica, como se observa en las grabaciones de MEG. Además, de acuerdo con los registros humanos, en el modelo, los husos se produjeron de forma independiente en el sistema central, pero los husos del sistema matricial comúnmente coincidieron con los husos centrales. También encontramos que las conexiones excitatorias intracorticales de la capa III/IV a la capa V promueven la propagación del huso desde el núcleo hasta el sistema de la matriz, lo que lleva a una actividad generalizada del huso. Nuestro estudio predice que la plasticidad de la conectividad intra e intercortical puede ser un mecanismo potencial para aumentar la densidad del huso, como se ha observado durante el aprendizaje.

Ruiz-Martínez, , Bartol, TM, Sejnowski, TJ, Tartakovski, DM Modelos eficientes de polimerización aplicados al ensamble de anillos FtsZ en . (2018) Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América. DOI: 10.1073 / pnas.1719391115

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Moldakarimov, S., Bazhenov, M., Feldman, DE, Sejnowski, TJ Las redes estructuradas admiten ondas viajeras escasas en la corteza somatosensorial de roedores. (2018) Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América. DOI: 10.1073 / pnas.1710202115

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Wang, X., Pinto-Duarte, A., Behrens, MM, Zhou, X., Sejnowski, TJ La ketamina moduló de forma independiente la potencia y el acoplamiento de fase de las oscilaciones theta en ratones hipomórficos Sp4. (2018) Más uno. 13(3):e0193446. DOI: 10.1371/journal.pone.0193446

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La expresión reducida de Sp4, el homólogo murino de SP4 humano, un gen de riesgo de múltiples trastornos psiquiátricos, condujo a una hipofunción de N-metil-D-aspartato (NMDA) en ratones, lo que produjo fenotipos conductuales que recuerdan a la esquizofrenia, incluida la hipersensibilidad a la ketamina. A medida que la evidencia acumulada sobre los mecanismos moleculares y los fenotipos conductuales estableció el hipomorfismo Sp4 como un modelo animal prometedor, los mecanismos del circuito neural a nivel de sistemas del hipomorfismo Sp4, especialmente la dinámica de red subyacente a las funciones cognitivas, siguen siendo poco conocidos. Intentamos cerrar esta brecha en el conocimiento en el presente estudio mediante el registro de electroencefalograma epidural multicanal (EEG) de ratones hipomórficos Sp4 y de tipo salvaje que se comportan despiertos. Caracterizamos el poder de la banda theta cortical y los fenotipos de acoplamiento de fase, un sustrato de circuito neuronal conocido que subyace a las funciones cognitivas, y estudiamos más a fondo los efectos de una dosis subanestésica de ketamina en anomalías theta exclusivas del hipomorfismo Sp4. Los ratones hipomórficos sp4 tenían una potencia theta marcadamente elevada localizada frontal y parietalmente, una progresión de fase theta más pronunciada a lo largo del neuroeje y un acoplamiento theta frontal-parietal más fuerte. La ketamina subanestésica aguda no afectó el poder theta en animales de tipo salvaje, pero lo redujo significativamente en ratones hipomórficos Sp4, neutralizando casi por completo su excesivo poder theta frontal/parietal. La ketamina no alteró significativamente la progresión de la fase theta cortical en animales de tipo salvaje o hipomórficos Sp4, pero fortaleció significativamente el acoplamiento de fase theta cortical en animales de tipo salvaje, pero no en animales hipomórficos Sp4. Nuestros resultados sugirieron que los fenotipos en estado de reposo de las oscilaciones theta corticales exclusivas de los ratones hipomórficos Sp4 imitaban de cerca un endofenotipo esquizofrénico. Además, la ketamina moduló de forma independiente las anomalías hipomórficas de Sp4 en la potencia theta y el acoplamiento de fase, lo que sugiere mecanismos de circuitos neuronales subyacentes separados.

Müller, L., Chavane, F., Reynolds, J., Sejnowski, TJ Ondas viajeras corticales: mecanismos y principios computacionales. (2018) Nature Reviews Neuroscience. DOI: 10.1038/nr.2018.20

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Kaya, C., Cheng, MH, Bloque, ER, Bartol, TM, Sejnowski, TJ, Sorkin, A., Faeder, JR, Bahar, I. Las heterogeneidades en la estructura axonal y la distribución del transportador reducen la eficiencia de la recaptación de dopamina. (2018) eNeuro. 5(1). DOI: 10.1523/ENEURO.0298-17.2017

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La eliminación eficiente de dopamina (DA) de la sinapsis es clave para regular la señalización dopaminérgica. Este papel lo cumplen los transportadores DA (DAT). Los avances recientes en la caracterización estructural de DAT de Drosophila (dDAT) y en imágenes de alta resolución de neuronas DA y la distribución de DAT en células vivas ahora nos permiten obtener una comprensión mecánica de los eventos de recaptación de DA in silico. Usando imágenes de microscopía electrónica e inmunofluorescencia de cerebros de ratones transgénicos knock-in que expresan DAT marcado con hemaglutinina en neuronas DA, reconstruimos un entorno realista para simulaciones MCell de recaptación de DA, en el que la identidad, la población y la cinética de DAT humano modelado por homología (hDAT ) subestados se derivaron de simulaciones moleculares. Se observó que la morfología compleja de los terminales axónicos cerca de las zonas activas da lugar a grandes variaciones en la eficiencia de recaptación de DA y, por lo tanto, en la densidad de DA extracelular. La comparación del efecto de diferentes patrones de disparo mostró que el disparo fásico aumentaría la probabilidad de alcanzar niveles locales de DA lo suficientemente altos como para activar receptores de DA de baja afinidad, principalmente debido a los altos niveles de DA alcanzados transitoriamente durante la fase de explosión. La distribución superficial no uniforme observada experimentalmente de DAT surgió como un importante modulador de la señalización de DA: la recaptación fue más lenta y los picos/ancho de los niveles transitorios de DA fueron más nítidos/amplios bajo una distribución no uniforme de DAT, en comparación con uniforme. En general, el estudio destaca la importancia de descripciones precisas de la morfología extrasináptica, la distribución de DAT y la cinética conformacional para la evaluación cuantitativa de la transmisión dopaminérgica y para proporcionar una comprensión más profunda de los mecanismos que regulan la transmisión de DA.

Bromer, C., Bartol, TM, Bowden, JB, Hubbard, DD, Hanka, DC, Gonzalez, PV, Kuwajima, M., Mendenhall, JM, Parker, PH, Abraham, WC, Sejnowski, TJ, Harris, KM La potenciación a largo plazo amplía el contenido de información de las sinapsis del giro dentado del hipocampo. (2018) Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América. DOI: 10.1073 / pnas.1716189115

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Wang, M., Él, Y., Sejnowski, TJ, Yu, X. Las señales astrocíticas de Ca2+ dependientes del estado cerebral se acoplan a señales BOLD-fMRI tanto positivas como negativas. (2018) Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América. DOI: 10.1073 / pnas.1711692115

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O'Donnell, C., Gonçalves, JT, Portera-Cailliau, C., Sejnowski, TJ Más allá del desequilibrio de excitación/inhibición en modelos multidimensionales de cambios en el circuito neuronal en trastornos cerebrales. (2017) Elife. 6. DOI: 10.7554/eLife.26724

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Li, Y., Wang, F., Chen, Y., Cichocki, A., Sejnowski, T. Los efectos de las entradas audiovisuales para resolver el problema del cóctel en el cerebro humano: un estudio de fMRI. (2017) Corteza cerebral .:1-15 DOI: 10.1093/cerca/bhx235

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Holter, KE, Kehlet, B., Devor, A., Sejnowski, TJ, Dale, AM, Omholt, SW, Ottersen, OP, Nagelhus, EA, Mardal, KA, Pettersen, KH El transporte intersticial de solutos en el neuropilo reconstruido en 3D se produce por difusión en lugar de por flujo masivo. (2017) Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América. DOI: 10.1073 / pnas.1706942114

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Luo, C., Keown, CL, Kurihara, L., Zhou, J., He, Y., Li, J., Castanon, R., Lucero, J., Nery, JR, Sandoval, JP, Bui, B ., Sejnowski, TJ, Harkins, TT, Mukamel, EA*, Behrens, MM*, Ecker, JR* Los metilomas unicelulares identifican subtipos neuronales y elementos reguladores en la corteza de los mamíferos. (2017) Ciencia. 357(6351):600-604. DOI: 10.1126/ciencia.aan3351

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Lainscsek, C., Weyhenmeyer, J., Cash, SS, Sejnowski, TJ Análisis diferencial de retardo de convulsiones en datos de electrocorticografía multicanal. (2017) Computación neuronal.:1-38 DOI: 10.1162/neco_a_01009

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Los electrodos de electrocorticograma (ECoG) de alta densidad son capaces de registrar datos neurofisiológicos con alta resolución temporal con una amplia cobertura espacial. Estas grabaciones son una ventana para comprender cómo el cerebro humano procesa la información y, posteriormente, se comporta en estados saludables y patológicos. Aquí, describimos e implementamos el análisis diferencial de retardo (DDA) para la caracterización de los datos ECoG obtenidos de pacientes humanos con epilepsia intratable. DDA es un marco de análisis de dominio de tiempo basado en la teoría de incrustación en dinámica no lineal que revela las propiedades invariantes no lineales de un sistema dinámico desconocido. La incrustación de DDA sirve como una base dinámica no lineal de baja dimensión sobre la que se mapean los datos. Esto reduce en gran medida el riesgo de sobreajuste y mejora la capacidad del método para ajustar clases de datos. Dado que la base se basa en la estructura dinámica de los datos, no es necesario el preprocesamiento de los datos (p. ej., filtrado). Realizamos una búsqueda a gran escala de un modelo DDA que mejor se ajuste a las grabaciones de ECoG utilizando un algoritmo genético para discriminar cualitativamente entre diferentes estados corticales y eventos epilépticos para un conjunto de 13 pacientes. Se identificó un solo modelo DDA con solo tres términos polinómicos. La descomposición de valores singulares en el espacio de características del modelo reveló dinámicas globales y locales que podrían diferenciar las convulsiones electrográficas y electroclínicas y proporcionó información sobre el inicio de las convulsiones altamente localizadas y las terminaciones difusas de las convulsiones. Otras características comunes de ECoG, como períodos interictales, artefactos y estímulos exógenos, también se analizaron con DDA. Este marco novedoso para el procesamiento de señales de información sobre convulsiones demuestra la capacidad de revelar características únicas de la dinámica subyacente de la convulsión y puede ser útil para comprender, detectar y tal vez incluso predecir mejor las convulsiones.

Lin, TW, Das, A., Krishnan, GP, Bazhenov, M., Sejnowski, TJ Covarianza diferencial: una nueva clase de métodos para estimar la conectividad dispersa a partir de grabaciones neuronales. (2017) Computación neuronal.:1-52 DOI: 10.1162/neco_a_01008

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Lainscsek, C., Muller, LE, Sampson, AL, Sejnowski, TJ Derivación analítica de efectos espectrales no lineales y artefactos de escala 1/f en el procesamiento de señales de datos del mundo real. (2017) Computación neuronal. 29(7):2004-2020. DOI: 10.1162/NECO_a_00979

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Veit, J., Hakim, R., Jadi, MP, Sejnowski, TJ, Adesnik, H. Sincronización de la banda gamma cortical a través de interneuronas de somatostatina. (2017) Neurociencia de la naturaleza. 20(7):951-959. DOI: 10.1038/nn.4562

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Hurtado-López, J., Ramírez-Moreno, DF, Sejnowski, TJ Circuitos neuronales de toma de decisiones que median comportamientos sociales: un modelo de red de atracción. (2017) Revista de Neurociencia Computacional. DOI: 10.1007/s10827-017-0654-8

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Peterson, DA, Sejnowski, TJ Una hipótesis de circuito dinámico para la patogénesis del blefaroespasmo. (2017) Fronteras en Neurociencia Computacional. 11:11. DOI: 10.3389/fncom.2017.00011

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El blefaroespasmo (a veces llamado "blefaroespasmo esencial benigno", BEB) es una de las distonías focales más comunes. Implica espasmos involuntarios de los párpados, cierre de los ojos y aumento del parpadeo. A pesar del éxito de las inyecciones de toxina botulínica y, en algunos casos, de las intervenciones farmacológicas o quirúrgicas, los tratamientos de BEB no son del todo eficaces y solo son sintomáticos. Podríamos desarrollar estrategias basadas en principios para prevenir y revertir la enfermedad si conociéramos la patogenia del BEB primario. El objetivo de este estudio fue desarrollar un marco conceptual y una hipótesis de circuito dinámico para la patogenia de BEB. El marco amplía nuestra teoría general para la patogenia multifactorial de las distonías focales (Peterson et al., 2010) para incorporar un modelo de roedor de dos impactos específicamente de BEB (Schicatano et al., 1997). Incorporamos en el marco tres características críticas para el control motor craneal: (1) la influencia conjunta de las regiones motoras corticales y las proyecciones descendentes directas de uno de los núcleos de salida de los ganglios basales, la sustancia negra pars reticulata, en los núcleos motores del tronco encefálico, (2) bucles anidados compuestos por el arco reflejo del parpadeo del trigémino y el bucle sensoriomotor largo desde el núcleo del trigémino a través del tálamo hasta la corteza somatosensorial y de vuelta a través de los ganglios basales hasta los mismos núcleos del tronco encefálico que modulan el arco reflejo, y (3) anomalías en el sistema de dopamina de los ganglios basales que proporcionan un sustrato de aprendizaje sensoriomotor que, cuando se combina con patrones de aumento del parpadeo, conduce a mapeos sensoriomotores anormales que se manifiestan como BEB. El marco explica los datos experimentales sobre la excitabilidad del parpadeo reflejo del trigémino (TRBE) de Schicatano et al. y hace predicciones que pueden probarse en nuevos modelos animales experimentales basados en la genética emergente en distonía, incluidas las alteraciones de transducción de dopamina D1R específicas del estriado recientemente caracterizadas causadas por la mutación GNAL. En términos más generales, el modelo proporcionará una guía para futuros esfuerzos para vincular mecánicamente múltiples factores en la patogénesis de BEB y facilitará simulaciones de cómo las manipulaciones exógenas de los factores patógenos podrían usarse en última instancia para prevenir y revertir el trastorno.

Das, A., Sampson, AL, Lainscsek, C., Muller, L., Lin, W., Doyle, JC, Cash, SS, Halgren, E., Sejnowski, TJ Interpretación de la matriz de precisión y su aplicación en la estimación de la conectividad cerebral escasa durante los husos del sueño a partir de grabaciones de electrocorticografía humana. (2017) Computación neuronal. 29(3):603-642. DOI: 10.1162/NECO_a_00936

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El método de correlación de imágenes cerebrales se ha utilizado para estimar la conectividad funcional en el cerebro humano. Sin embargo, las regiones del cerebro pueden mostrar una correlación muy alta incluso cuando las dos regiones no están directamente conectadas debido a la fuerte interacción de las dos regiones con información común de una tercera región. Una solución propuesta previamente a este problema es utilizar una matriz de covarianza inversa regularizada escasa o matriz de precisión (SRPM) suponiendo que la estructura de conectividad es escasa. Este método produce correlaciones parciales para medir fuertes interacciones directas entre pares de regiones mientras elimina simultáneamente la influencia del resto de las regiones, identificando así regiones que son condicionalmente independientes. Para probar nuestros métodos, primero demostramos las condiciones bajo las cuales el método SRPM podría encontrar la verdadera conexión física entre un par de nodos para un ejemplo de resorte-masa y un ejemplo de circuito RC. La recuperación de la estructura de conectividad utilizando el método SRPM puede explicarse mediante modelos energéticos utilizando la distribución de Boltzmann. Luego demostramos la aplicación del método SRPM para estimar la conectividad cerebral durante la etapa 2 de los husos del sueño a partir de grabaciones de electrocorticografía humana (ECoG) utilizando una matriz de electrodos [Fórmula: ver texto]. Los registros de ECoG que analizamos eran de un paciente varón de 32 años con epilepsia parcial del complejo del lóbulo temporal izquierdo farmacorresistente de larga duración. Los husos del sueño se detectaron automáticamente utilizando un análisis diferencial de retraso y luego se analizaron con SRPM y el método de Louvain para la detección de la comunidad. Encontramos redes cerebrales espacialmente localizadas dentro y entre áreas corticales vecinas durante los husos, en contraste con el caso cuando los husos del sueño no estaban presentes.

O'Donnell, C., Gonçalves, JT, Whiteley, N., Portera-Cailliau, C., Sejnowski, TJ El modelo de seguimiento de población: un modelo estadístico simple y escalable para datos de población neuronal. (2017) Computación neuronal. 29(1):50-93. DOI: 10.1162/NECO_a_00910

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Williams, AH, O'Donnell, C., Sejnowski, TJ, O'Leary, T. El tráfico dendrítico se enfrenta a compensaciones fisiológicamente críticas entre velocidad y precisión. (2016) Elife. 5. DOI: 10.7554/eLife.20556

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Muller, L., Piantoni, G., Koller, D., Cash, SS, Halgren, E., Sejnowski, TJ Las ondas giratorias durante el sueño humano organizan patrones globales de actividad que se repiten con precisión durante la noche. (2016) Elife. 5. DOI: 10.7554/eLife.17267

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Peterson, DA, Littlewort, GC, Bartlett, MS, Macerollo, A., Perlmutter, JS, Jinnah, HA, Hallett, M., Sejnowski, TJ Calificación objetiva basada en video computarizado de la gravedad del blefaroespasmo. (2016) Neurología. 87(20):2146-2153. DOI: 10.1212/WNL.0000000000003336

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Churchland, PS, Sejnowski, TJ Combinación de neurociencia computacional y experimental. (2016) Nature Reviews Neuroscience. 17(11):667-668. DOI: 10.1038/nrn.2016.114

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Grillner, S., Ip, N., Koch, C., Koroshetz, W., Okano, H., Polachek, M., Poo, MM, Sejnowski, TJ Iniciativas mundiales para avanzar en la investigación del cerebro. (2016) Neurociencia de la naturaleza. 19(9):1118-22. DOI: 10.1038/nn.4371

Kosik, Kansas, Sejnowski, TJ, Raichle, ME, Ciechanover, A., Baltimore, D. Un camino hacia la comprensión de la neurodegeneración. (2016) Ciencia. 353(6302):872-3. DOI: 10.1126/ciencia.aai7622

Reddy, G., Celani, A., Sejnowski, TJ, Vergasola, M. Aprender a volar en entornos turbulentos. (2016) Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América. 113(33):E4877-84. DOI: 10.1073/pnas.1606075113

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Eh, D., Sejnowski, TJ Ley de conservación de los movimientos a ritmo propio. (2016) Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América. 113(31):8831-6. DOI: 10.1073/pnas.1608724113

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Padmanabhan, K., Osakada, F., Tarabrina, A., Kizer, E., Callaway, EM, Gage, FH, Sejnowski, TJ Diversas representaciones de información olfativa en proyecciones de retroalimentación centrífuga. (2016) Journal of Neuroscience. 36(28):7535-45. DOI: 10.1523/JNEUROSCI.3358-15.2016

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Ruiz-Martínez, A., Bartol, TM, Sejnowski, TJ, Tartakovski, DM Modelos multiescala eficientes de ensamblaje de polímeros. (2016) Revista biofísica. 111(1):185-96. DOI: 10.1016/j.bpj.2016.05.022

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Jadi, parlamentario, Behrens, MM, Sejnowski, TJ Oscilaciones gamma anormales en modelos de hipofunción del receptor de N-metil-D-aspartato de esquizofrenia. (2016) Psiquiatría biológica. 79(9):716-26. DOI: 10.1016/j.biopsych.2015.07.005

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Saremi, S., Sejnowski, TJ Percolación correlacionada, estructuras fractales y distribución invariante de escala de grupos en imágenes naturales. (2016) IEEE Trans Patrón Anal Mach Intel. 38(5):1016-20. DOI: 10.1109/TPAMI.2015.2481402

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Rodrigues, S., Desroches, M., Krupa, M., Cortés, JM, Sejnowski, TJ, Alí, AB Liberación de neurotransmisores con código de tiempo en las sinapsis excitatorias e inhibidoras. (2016) Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América. 113(8):E1108-15. DOI: 10.1073/pnas.1525591113

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O´Donnell, C., Sejnowski, TJ Street View del Mapa Cognitivo. (2016) Cell. 164(1-2):13-5. DOI: 10.1016/j.cell.2015.12.051

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Veltz, R., Sejnowski, TJ Forzamiento periódico de redes estabilizadas por inhibición: resonancias no lineales y acoplamiento de amplitud de fase. (2015) Computación neuronal. 27(12):2477-509. DOI: 10.1162/NECO_a_00786

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Bartol, TM, Bromer, C., Kinney, J., Chirillo, MA, Bourne, JN, Harris, KM, Sejnowski, TJ Límite superior nanoconectómico en la variabilidad de la plasticidad sináptica. (2015) Elife. 4:e10778. DOI: 10.7554/eLife.10778

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Bartol, TM, Keller, DX, Kinney, JP, Bajaj, CL, Harris, KM, Sejnowski, TJ, Kennedy, MB Reconstitución computacional de los transitorios de calcio de la columna vertebral a partir de proteínas individuales. (2015) Neurociencias sinápticas frontales. 7:17. DOI: 10.3389/fnsyn.2015.00017

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Hemos construido un modelo estocástico en el programa MCell que simula transitorios de Ca(2+) en espinas a partir de los principales componentes moleculares que se cree que controlan la entrada y salida de Ca(2+). Las proteínas, con sus modelos cinéticos, están ubicadas dentro de dos segmentos de dendritas que contienen 88 espinas intactas, centradas en un cubo de neuropilo hipocampal de 6 × 6 × 5 μm(3) totalmente reconstruido. Los componentes proteicos incluyen receptores de glutamato de tipo AMPA y NMDA, canales de Ca(2+) dependientes de voltaje de tipo L y R, intercambiadores de Na(+)/Ca(2+), ATPasas de Ca(2+) de membrana plasmática, ATPasas de Ca(2+) del retículo endoplásmico, tampones de Ca(2+) inmóviles y calbindina. Los modelos cinéticos para cada proteína se tomaron de estudios publicados de las proteínas aisladas in vitro. Para la simulación de estímulos eléctricos, el curso temporal de los cambios de voltaje en la espina dendrítica se generó con el estímulo deseado en el programa NEURON. Luego, los parámetros dependientes del voltaje se reajustaron continuamente durante las simulaciones en MCell para reproducir los efectos del estímulo. Se optimizaron nueve parámetros del modelo dentro de límites experimentales realistas mediante un proceso que comparó los resultados de las simulaciones con los datos publicados. Encontramos que las simulaciones en el modelo optimizado reproducen el tiempo y la amplitud de los transitorios de Ca(2+) medidos experimentalmente en neuronas intactas. Por lo tanto, demostramos que las características de las proteínas aisladas individuales determinadas in vitro pueden reproducir con precisión la dinámica de los transitorios de Ca(2+) medidos experimentalmente en las espinas. El modelo proporcionará un banco de pruebas para explorar las funciones de proteínas adicionales que regulan la entrada de Ca(2+) en las espinas y para estudiar el comportamiento de las proteínas objetivo en la columna que están reguladas por la entrada de Ca(2+).

Wang, X., Pinto-Duarte, A., Behrens, MM, Zhou, X., Sejnowski, TJ Caracterización de potenciales relacionados con eventos epidurales espacio-temporales para modelos de ratón de trastornos psiquiátricos. (2015) Informes Científicos. 5:14964. DOI: 10.1038/srep14964

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Barnes, SA, Pinto-Duarte, A., Kappe, A., Zembrzycki, A., Metzler, A., Mukamel, EA, Lucero, J., Wang, X., Sejnowski, TJ, Markou, A.*, Behrens, MM* La interrupción de mGluR5 en interneuronas positivas para parvalbúmina induce características centrales de trastornos del neurodesarrollo. (2015) Psiquiatría Molecular. 20(10):1161-72. DOI: 10.1038/mp.2015.113

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González, OC, Krishnan, GP, Chauvette, S., Timofeev, I., Sejnowski, T., Bazhénov, M. Modelado de epileptogénesis dependiente de la edad mediante escalado sináptico homeostático diferencial. (2015) Journal of Neuroscience. 35(39):13448-62. DOI: 10.1523/JNEUROSCI.5038-14.2015

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La plasticidad sináptica homeostática (HSP) se ha implicado en el desarrollo de hiperexcitabilidad y ataques epilépticos después de una lesión cerebral traumática (TBI). Nuestros estudios experimentales in vivo en gatos revelaron que la gravedad de la epileptogénesis mediada por TBI depende de la edad del animal. Para caracterizar los mecanismos de estas diferencias, estudiamos las propiedades de la epileptogénesis inducida por TBI en un modelo de red cortical biofísicamente realista con concentraciones de iones dinámicas. Después de la desaferenciación, que fue inducida por la disección de las entradas aferentes, hubo una reducción de la actividad de la red y una regulación al alza de las conexiones excitatorias que dieron lugar a ataques espontáneos de tipo pico y onda. Cuando se implementó el brote axonal, el umbral de convulsiones aumentó en el modelo de animales jóvenes pero no en los animales mayores, que tenían procesos homeostáticos más lentos o unidireccionales. Nuestro estudio sugiere que los cambios relacionados con la edad en los mecanismos HSP son suficientes para explicar la diferencia en la probabilidad de aparición de convulsiones en animales jóvenes versus animales mayores. Declaración de importancia: la lesión cerebral traumática (TBI, por sus siglas en inglés) es una de las principales causas de epilepsia intratable. Se ha demostrado que la probabilidad de desarrollar epilepsia y convulsiones después de un traumatismo cerebral grave aumenta con la edad. Quedan por entender los mecanismos específicos de la epileptogénesis relacionada con TBI y cómo estos mecanismos se ven afectados por la edad. Probamos una hipótesis de que la falla de la regulación sináptica homeostática, un mecanismo de retroalimentación negativa lento que mantiene la actividad neuronal dentro de un rango fisiológico a través de la modulación dependiente de la actividad de la fuerza sináptica, en animales mayores puede aumentar la epileptogénesis inducida por TBI. Nuestros resultados brindan una nueva perspectiva para comprender este trastorno debilitante y pueden conducir a nuevas vías para el desarrollo de tratamientos efectivos para la epilepsia inducida por TBI.

Coggan, JS, Sejnowski, TJ, Prescott, SA La cooperación entre sitios remotos de picos ectópicos permite iniciar y mantener la posdescarga en diferentes lugares. (2015) Revista de Neurociencia Computacional. 39(1):17-28. DOI: 10.1007/s10827-015-0562-8

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Eh, D., Sejnowski, TJ Espectro de leyes de potencia para movimientos curvos de la mano. (2015) Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América. 112(29):E3950-8. DOI: 10.1073/pnas.1510208112

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Schultz, MD, He, Y., Whitaker, JW, Hariharan, M., Mukamel, EA, Leung, D., Rajagopal, N., Nery, JR, Urich, MA, Chen, H., Lin, S., Lin, Y., Jung, I., Schmitt, AD, Selvaraj, S., Ren, B., Sejnowski, TJ, Wang, W., Ecker, JR Los mapas del epigenoma del cuerpo humano revelan una variación no canónica de la metilación del ADN. (2015) Naturaleza. 523 (7559): 212-6. DOI: 10.1038/naturaleza14465

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Lainscsek, C., Weyhenmeyer, J., Sejnowski, TJ, Letlier, C. Descubrimiento de parámetros independientes en sistemas dinámicos complejos. (2015) Caos Solitons Fractales. 76:182-189. DOI: 10.1016/j.chaos.2015.04.001

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Mo, A., Mukamel, EA, Davis, FP, Luo, C., Henry, GL, Picard, S., Urich, MA, Nery, JR, Sejnowski, TJ, Lister, R., Eddy, SR, Ecker, JR, Nathans, J. Firmas epigenómicas de diversidad neuronal en el cerebro de mamíferos. (2015) Neuron. 86(6):1369-84. DOI: 10.1016/j.neurona.2015.05.018

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Johnson, T., Bartol, T., Sejnowski, T., Mjolsness, E. Reducción de modelos para la cinética de reacción estocástica de CaMKII en sinapsis mediante dinámicas de correlación limitadas por gráficos. (2015) Phys Biol. 12(4):045005. DOI: 10.1088/1478-3975/12/4/045005

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Sejnowski, TJ Vernon Mountcastle: Padre de la neurociencia. (2015) Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América. 112(21):6523-4. DOI: 10.1073/pnas.1506644112

Izpisua Belmonte, JC, Callaway, EM, Caddick, SJ, Churchland, P., Feng, G., Homanics, GE, Lee, KF, Leopold, DA, Miller, CT, Mitchell, JF, Mitalipov, S., Moutri, AR, Movshon, JA, Okano, H., Reynolds, JH, Ringach, D., Sejnowski, TJ, Silva, AC, Strick, PL, Wu, J., Zhang, F. Cerebros, genes y primates. (2015) Neuron. 86(3):617-31. DOI: 10.1016/j.neurona.2015.03.021

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Jorgenson, LA, Newsome, WT, Anderson, DJ, Bargmann, CI, Brown, EN, Deisseroth, K., Donoghue, JP, Hudson, KL, Ling, GS, MacLeish, PR, Marder, E., Normann, RA, Sanes, JR, Schnitzer, MJ, Sejnowski, TJ, Tanque, DW, Tsien, RY, Ugurbil, K., Wingfield, JC La iniciativa BRAIN: desarrollo de tecnología para catalizar el descubrimiento de la neurociencia. (2015) Filosofía Trans. R. Soc. Lond., B, Biol. ciencia 370 (1668). DOI: 10.1098/rstb.2014.0164

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Lainscsek, C., Sejnowski, TJ Análisis diferencial de retardo de series temporales. (2015) Computación neuronal. 27(3):594-614. DOI: 10.1162/NECO_a_00706

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El análisis de sistemas dinámicos no lineales basado en la teoría de incrustación se ha utilizado para el modelado y la predicción, pero también tiene aplicaciones para la detección de señales y la clasificación de series temporales. Una incrustación crea un objeto geométrico multidimensional a partir de una única serie temporal. Tradicionalmente se han utilizado incrustaciones derivadas o de retardo. La incorporación de retardo se compone de versiones retardadas de la señal, y la incorporación de derivación se compone de derivadas sucesivas de la señal. La incrustación de retraso se ha extendido a incrustaciones no uniformes para tener en cuenta múltiples escalas de tiempo. Ambas incrustaciones proporcionan información sobre el sistema dinámico subyacente sin tener acceso directo a todas las variables del sistema. El análisis diferencial de retardo se basa en incrustaciones funcionales, una combinación de incrustaciones derivadas con incrustaciones de retardo no uniformes. Los modelos de ecuación diferencial de retardo pequeño (DDE) que representan mejor las características dinámicas relevantes de los datos de series temporales se seleccionan de un grupo de modelos candidatos para detección o clasificación. Mostramos que las propiedades de los DDE respaldan el análisis espectral en el dominio del tiempo donde se utilizan funciones de correlación no lineal para detectar frecuencias, acoplamientos de frecuencia y fase y biespectros. Estos se pueden calcular de manera eficiente con ventanas de tiempo breves y son robustos al ruido. Para el análisis de frecuencia, este marco es una extensión multivariante de la transformada discreta de Fourier (DFT), y para espectros de orden superior, es una alternativa lineal y multivariante a la transformada multidimensional rápida de Fourier de correlaciones multidimensionales. Este método se puede aplicar a series de tiempo cortas o dispersas y se puede extender a espectros de ensayos cruzados y de canales cruzados si se encuentran disponibles múltiples segmentos de datos cortos del mismo experimento. En conjunto, esta caja de herramientas en el dominio del tiempo proporciona una mayor resolución temporal, una mayor frecuencia e información de acoplamiento de fase, y permite una implementación sencilla y directa de espectros de orden superior a lo largo del tiempo en comparación con métodos basados en la frecuencia, como la DFT y el análisis espectral cruzado.

Lainscsek, C., Hernández, ME, Poizner, H., Sejnowski, TJ Análisis diferencial de retardo de datos electroencefalográficos. (2015) Computación neuronal. 27(3):615-27. DOI: 10.1162/NECO_a_00656

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Moldakarimov, S., Bazhenov, M., Sejnowski, TJ La retroalimentación estabiliza la propagación de picos sincrónicos en redes neuronales corticales. (2015) Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América. 112(8):2545-50. DOI: 10.1073/pnas.1500643112

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Tanaka, H., Sejnowski, TJ Adaptación motora y generalización de movimientos de alcance mediante primitivas motoras basadas en coordenadas espaciales. (2015) Revista de Neurofisiología. 113(4):1217-33. DOI: 10.1152/jn.00002.2014

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El cerebro procesa la información sensorial y motora en una amplia gama de sistemas de coordenadas, que van desde las coordenadas de la retina en la visión hasta las coordenadas centradas en el cuerpo en las áreas que controlan la musculatura. Aquí nos centramos en el sistema de coordenadas utilizado en la corteza motora para guiar las acciones y examinar la evidencia fisiológica y psicofísica de un marco de referencia alocéntrico basado en coordenadas espaciales. Cuando las ecuaciones de movimiento que rigen la dinámica de alcance se expresan como vectores espaciales, cada término es un producto cruzado vectorial entre la posición de un segmento de extremidad y una velocidad o aceleración. Extendemos este marco computacional a la adaptación motora, en la que los términos de productos cruzados forman bases adaptativas para cancelar las perturbaciones impuestas. Se supone que los coeficientes de los productos cruzados dependientes de la velocidad y la aceleración experimentan cambios plásticos para compensar las perturbaciones visomotoras o del campo de fuerza. De acuerdo con los hallazgos experimentales, cada uno de los productos cruzados tenía un marco de referencia distinto, que predecía cómo una reasignación adquirida se generalizaba a una ubicación no entrenada en el espacio de trabajo. En respuesta al campo de fuerza oa la rotación visual, se adaptaron principalmente los coeficientes de los productos cruzados dependientes de la velocidad o la aceleración, lo que llevó a la transferencia en un marco de referencia intrínseco o extrínseco, respectivamente. El modelo predijo además que la reasignación de la rotación visomotora debería subgeneralizarse o sobregeneralizarse en un espacio de trabajo distal o proximal. Las bases de productos cruzados pueden explicar los distintos patrones de generalización en la adaptación visomotora y de campo de fuerza de una manera unificada, mostrando que la adaptación motora dinámica y cinemática no necesita surgir a través de sustratos neurales separados.

Frost, WN, Brandon, CJ, Bruno, AM, Humphries, MD, Moore-Kochlacs, C., Sejnowski, TJ, Wang, J., Colina, ES Monitoreo de la actividad de picos de muchas neuronas individuales en ganglios de invertebrados. (2015) Avances en Medicina y Biología Experimental. 859:127-45. DOI: 10.1007/978-3-319-17641-3_5

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Sejnowski, TJ Conciencia. (2015) Dédalo. 144(1):123-132. DOI: 10.1162/DAED_a_00321

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Ritaccio, A., Brunner, P., Gunduz, A., Hermes, D., Hirsch, LJ, Jacobs, J., Kamada, K., Kastner, S., Knight, RT, Lesser, RP, Miller, K ., Sejnowski, T., Worrell, G., Schalk, G. Actas del Quinto Taller Internacional sobre Avances en Electrocorticografía. (2014) Epilepsia comportamiento. 41:183-92. DOI: 10.1016/j.yebeh.2014.09.015

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Regner, BM, Tartakovski, DM, Sejnowski, TJ Identificación del comportamiento de transporte de trayectorias de una sola molécula. (2014) Revista biofísica. 107(10):2345-51. DOI: 10.1016/j.bpj.2014.10.005

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Sejnowski, TJ, Churchland, PS, Movshon, JA Dar buen uso a los grandes datos en neurociencia. (2014) Neurociencia de la naturaleza. 17(11):1440-1. DOI: 10.1038/nn.3839

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Fields, RD, Araque, A., Johansen-Berg, H., Lim, SS, Lynch, G., Nave, KA, Nedergaard, M., Perez, R., Sejnowski, T., Despertar, H. Biología glial en el aprendizaje y la cognición. (2014) El Neurocientífico. 20 (5): 426-431. DOI: 10.1177/1073858413504465

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Mak-McCully, RA, Deiss, SR, Rosen, BQ, Jung, KY, Sejnowski, TJ, Bastuji, H., Rey, M., Cash, SS, Bazhenov, M., Halgren, E. La sincronización de estados descendentes aislados (complejos K) puede ser causada por la interrupción corticalmente inducida del huso talámico. (2014) PLOS Biología Computacional. 10(9):e1003855. DOI: 10.1371/diario.pcbi.1003855

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Los husos del sueño y los complejos K (KC) definen la etapa 2 del sueño NREM (N2) en humanos. Recientemente mostramos que los KC son estados aislados caracterizados por un silencio cortical generalizado. Demostramos aquí que los KC pueden ser casi sincrónicos en el EEG del cuero cabelludo y en gran parte de la corteza utilizando electrocorticografía (ECOG) y grabaciones transcorticales localizadas (SEEG bipolar). Examinamos el mecanismo de producción sincrónica de KC mediante la creación del primer modelo de red talamocortical basado en conductancia del sueño N2 para generar tanto husos espontáneos como KC. Los KC espontáneos solo se observan cuando el modelo incluye proyecciones difusas desde áreas prefrontales restringidas al núcleo reticular talámico (RE), en consonancia con hallazgos anatómicos recientes en monos rhesus. Los KC modelados comienzan con una despolarización focal espontánea de las neuronas prefrontales, seguida de la despolarización del RE. Sorprendentemente, la despolarización del RE conduce a una disminución de la activación debido a la interrupción del huso, que a su vez se debe a la inactivación inducida por la despolarización de la corriente de Ca2+ de umbral bajo (IT). Además, aunque el RE inhibe las neuronas talamocorticales (TC), la disminución de la activación de RE provoca una disminución de la activación de las células TC, nuevamente debido a la interrupción del huso. La eliminación abrupta resultante de la entrada excitatoria a las neuronas piramidales corticales conduce al estado descendente. Empíricamente, los KC también pueden ser evocados por estímulos sensoriales mientras se mantiene el sueño. Reproducimos este fenómeno en el modelo por despolarización del RE o de las neuronas prefrontales de amplia proyección. Nuevamente, la interrupción del huso talámico juega un papel clave. Los niveles más altos de estimulación RE también causan estados bajos, pero al inhibir directamente las neuronas TC. Los registros SEEG del tálamo y la corteza en un solo paciente demostraron la predicción del modelo de que el huso talámico disminuye significativamente antes del inicio de la QC. En conclusión, mostramos empíricamente que los KC pueden ser estados descendentes corticales casi sincrónicos generalizados, y demostramos con el primer modelo de la etapa 2 del sueño NREM un posible mecanismo por el cual puede surgir esta sincronía generalizada.

Stefan, MI, Bartol, TM, Sejnowski, TJ, Kennedy, MB Modelado multiestado de biomoléculas. (2014) PLOS Biología Computacional. 10(9):e1003844. DOI: 10.1371/diario.pcbi.1003844

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El modelado multiestado de biomoléculas se refiere a una serie de técnicas utilizadas para representar y computar el comportamiento de moléculas o complejos biológicos que pueden adoptar un gran número de posibles estados funcionales. Los sistemas de señalización biológica a menudo se basan en complejos de macromoléculas biológicas que pueden sufrir varias modificaciones funcionalmente significativas que son mutuamente compatibles. Por lo tanto, pueden existir en un gran número de estados funcionalmente diferentes. El modelado de tales sistemas de múltiples estados plantea dos problemas: el problema de cómo describir y especificar un sistema de múltiples estados (el "problema de especificación") y el problema de cómo usar una computadora para simular el progreso del sistema a lo largo del tiempo (el problema de la especificación). "problema de cálculo"). Para abordar el problema de la especificación, los modeladores se han alejado en los últimos años de la especificación explícita de todos los estados posibles y se han acercado a formalismos basados en reglas que permiten la especificación implícita del modelo, incluido el cálculo κ, BioNetGen, el compilador de redes alostéricas y otros. Para abordar el problema de la computación, han recurrido a métodos basados en partículas que en muchos casos han demostrado ser más eficientes desde el punto de vista computacional que los métodos basados en poblaciones basados en ecuaciones diferenciales ordinarias, ecuaciones diferenciales parciales o el algoritmo de simulación estocástica de Gillespie. Dada la tecnología informática actual, los métodos basados en partículas a veces son la única opción posible. Los simuladores basados en partículas se dividen en dos categorías más: simuladores no espaciales, como StochSim, DYNSTOC, RuleMonkey y Network-Free Stochastic Simulator (NFSim), y simuladores espaciales, incluidos Meredys, SRSim y MCell. Los modeladores pueden así elegir entre una variedad de herramientas, la mejor opción dependiendo del problema particular. El desarrollo de métodos más rápidos y potentes está en curso, lo que promete la capacidad de simular procesos de señalización cada vez más complejos en el futuro.

Moldakarimov, S., Bazhenov, M., Sejnowski, TJ Las entradas de arriba hacia abajo mejoran la selectividad de orientación en las neuronas de la corteza visual primaria durante el aprendizaje perceptivo. (2014) PLOS Biología Computacional. 10(8):e1003770. DOI: 10.1371/diario.pcbi.1003770

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Lee, HS, Ghetti, A., Pinto-Duarte, A., Wang, X., Dziewczapolski, G., Galimi, F., Huitron-Resendiz, S., Piña-Crespo, JC, Roberts, AJ, Verma, SOY, Sejnowski, TJ, Heinemann, San Francisco Los astrocitos contribuyen a las oscilaciones gamma y la memoria de reconocimiento. (2014) Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América. 111(32):E3343-52. DOI: 10.1073/pnas.1410893111

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Weyhenmeyer, J., Hernández, ME, Lainscsek, C., Sejnowski, TJ, Poizner, H. Los artefactos musculares en los datos de EEG de un solo ensayo distinguen a los pacientes con enfermedad de Parkinson de los individuos sanos. (2014) Conf Proc IEEE Eng Med Biol Soc. 2014:3292-3295. DOI: 10.1109/EMBC.2014.6944326

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Broccard, FD, Mullen, T., Chi, YM, Peterson, D., Iversen, JR, Arnold, M., Kreutz-Delgado, K., Jung, TP, Makeig, S., Poizner, H., Sejnowski, T., Cauwenberghs, G. Interfaces cerebro-máquina-cuerpo de circuito cerrado para la rehabilitación no invasiva de los trastornos del movimiento. (2014) Ann Biomed Ing. 42(8):1573-1593. DOI: 10.1007/s10439-014-1032-6

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Saremi, S., Sejnowski, TJ Sobre la criticidad en datos de alta dimensión. (2014) Computación neuronal. 26(7):1329-1339. DOI: 10.1162/NECO_a_00607

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Solstad, T., Yousif, HN, Sejnowski, TJ Coloque la reasignación de tasa de celda por garantías recurrentes CA3. (2014) PLOS Biología Computacional. 10(6):e1003648. DOI: 10.1371/diario.pcbi.1003648

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Se cree que la memoria de tipo episódico está respaldada por la dinámica del atractor en el hipocampo. Un posible sustrato neuronal para este mecanismo de memoria es la reasignación de tasas, en la que el mapa espacial de las celdas de lugar codifica información contextual a través de la variabilidad de la tasa de activación. Para probar si los recuerdos se almacenan como atractores multimodales en poblaciones de células de lugar, experimentos recientes transformaron un contexto familiar en otro mientras observaban las respuestas de los conjuntos de células CA3. Se informó que la actividad de la población promedio en CA3 cambia gradualmente en lugar de abruptamente de un contexto familiar al siguiente, lo que sugiere una falta de fuerzas atractivas asociadas con las dos representaciones almacenadas. Por otro lado, las células CA3 individuales mostraron una combinación de transiciones graduales y abruptas en diferentes puntos a lo largo de la secuencia de morfología, y algunas mostraron histéresis, que es una firma de la dinámica del atractor. Para comprender si estos resultados aparentemente contradictorios son acordes con la teoría de la red de atractores, desarrollamos un modelo de red neuronal del CA3 con atractores tanto para la posición como para contextos discretos. Descubrimos que para los recuerdos almacenados en conjuntos neuronales superpuestos dentro de un solo mapa espacial, los atractores de contexto dependientes de la posición hicieron transiciones en diferentes puntos a lo largo de la secuencia de morfología. Las curvas de transición suaves surgieron del promedio de la población, mientras que se observó un conjunto heterogéneo de respuestas en el nivel de una sola unidad. Por el contrario, las memorias ortogonales condujeron a transiciones abruptas y coherentes tanto en la población como en los niveles de unidades individuales, como se observó experimentalmente al reasignar entre dos mapas espaciales independientes. La fuerte retroalimentación recurrente implicaba un efecto histerético en la red que disminuía con la cantidad de superposición en las memorias almacenadas. Estos resultados sugieren que la memoria dependiente del contexto puede ser respaldada por atractores locales superpuestos dentro de un mapa espacial de celdas de lugar CA3. También se pueden encontrar mecanismos similares para la memoria dependiente del contexto en otras regiones de la corteza cerebral.

Sejnowski, TJ Resumen: Cognición en 2014. (2014) Simposio de Cold Spring Harbor sobre biología cuantitativa. 79:237-41. DOI: 10.1101/sqb.2014.79.024885

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Sejnowski, TJ, Poizner, H., Lynch, G., Gepshtein, S., Greenspan, RJ Optimización Prospectiva. (2014) Actas del IEEE. Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos. 102(5). DOI: 10.1109/JPROC.2014.2314297

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Jadi, parlamentario, Sejnowski, TJ Las oscilaciones corticales surgen de interacciones contextuales que regulan la codificación escasa. (2014) Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América. 111(18):6780-5. DOI: 10.1073/pnas.1405300111

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McDonnell, MD, Boahen, K., Ijspeert, A., Sejnowski, TJ Ingeniería de Sistemas Electrónicos Inteligentes Basada en Neurociencia Computacional. (2014) Actas del IEEE. Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos. 102(5):646-651. DOI: 10.1109/JPROC.2014.2314776

Jadi, parlamentario, Sejnowski, TJ Regulación de oscilaciones corticales en una red estabilizada por inhibición. (2014) Actas del IEEE. Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos. 102(5). DOI: 10.1109/JPROC.2014.2313113

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Comprender la arquitectura anatómica y funcional del cerebro es esencial para diseñar sistemas inteligentes inspirados en las neuronas. Los estudios teóricos y empíricos sugieren un papel para las oscilaciones de banda estrecha en la configuración de la arquitectura funcional del cerebro a través de su papel en la codificación y comunicación de información. Tales oscilaciones son señales ubicuas en la actividad eléctrica registrada desde el cerebro. En la corteza, las oscilaciones detectadas en el rango gamma (30-80 Hz) son moduladas por estados de comportamiento y características sensoriales de formas complejas. ¿Cómo se logra esta regulación? Aunque se han propuesto varios principios subyacentes para la génesis de estas oscilaciones, sigue siendo difícil de alcanzar una explicación unificadora para su regulación. En una red de neuronas inhibidoras y excitatorias que operan en un régimen estabilizado por inhibición, mostramos que las respuestas fuertemente superlineales de las neuronas inhibidoras facilitan la regulación bidireccional de la frecuencia y potencia de oscilación. En una red de este tipo, el equilibrio de los impulsos hacia las poblaciones excitadoras e inhibidoras determina cómo se modulan la potencia y la frecuencia de las oscilaciones. El modelo explica el desconcertante aumento de su frecuencia con la prominencia de los estímulos visuales y una disminución con su tamaño. Las oscilaciones en nuestro modelo se vuelven más fuertes a medida que se reduce el nivel medio de disparo, lo que explica la dependencia del tamaño de los ritmos gamma evocados visualmente y sugiere un papel de las oscilaciones en la mejora de la relación señal-ruido (SNR) de las señales en el cerebro. Probar empíricamente tales predicciones sigue siendo un desafío, y la implementación de las estrategias de codificación y comunicación propuestas en los sistemas neuromórficos podría ayudar a nuestra comprensión del sistema biológico.

O´Donnell, C., Sejnowski, TJ Generalización de memoria selectiva por patrones espaciales de síntesis de proteínas. (2014) Neuron. 82(2):398-412. DOI: 10.1016/j.neurona.2014.02.028

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Edwards, J., Daniel, E., Kinney, J., Bartol, T., Sejnowski, T., Johnston, D., Harris, K., Bajaj, C. VolRoverN: mejora de la reconstrucción volumétrica y superficial para una simulación dinámica realista de la función celular y subcelular. (2014) Neuroinformática. 12(2):277-289. DOI: 10.1007/s12021-013-9205-2

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Yang, L., Leung, H., Peterson, DA, Sejnowski, TJ, Poizner, H. Hacia una interfaz de computadora cerebral EEG semiautodirigida: decodificación del estado de iniciación del estado de no iniciación en intervalos de tiempo dedicados. (2014) Más uno. 9(2):e88915. DOI: 10.1371/journal.pone.0088915

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Las interfaces cerebro-computadora (BCI, por sus siglas en inglés) ofrecen a una amplia clase de personas con discapacidad neurológica un medio alternativo para interactuar con el medio ambiente. Muchos BCI son sistemas "sincrónicos", en los que el sistema establece el momento de la interacción e intenta inferir qué comando de control está emitiendo el sujeto en cada indicación. Por el contrario, en las BCI "asincrónicas", los sujetos marcan el ritmo de la interacción y el sistema debe determinar cuándo se produce la orden de control del sujeto. En este documento proponemos una nueva idea para BCI que se basa en las fortalezas de ambos enfoques. Los sujetos son estimulados externamente y el BCI puede determinar cuándo se emiten los comandos de control al decodificar la intención del sujeto de iniciar el control en intervalos de tiempo dedicados. Se diseñó una tarea única con ensayos intercalados aleatoriamente para probar si se puede utilizar como estímulo para inducir estados de iniciación y no iniciación cuando los requisitos sensoriales y motores para los dos tipos de ensayos son casi idénticos. Además, se estudió el problema esencial de la discriminación entre el estado de iniciación y el estado de no iniciación. Probamos la capacidad del poder espectral de EEG para distinguir entre estos dos estados. Entre las cuatro bandas de frecuencia de EEG estándar, la potencia de la banda beta registrada sobre las cortezas parietal-occipital proporcionó el mejor rendimiento, logrando una precisión promedio del 86 % para la clasificación correcta de los estados de iniciación y no iniciación. Además, la potencia de la banda delta registrada en las áreas parietal y motora arrojó un buen rendimiento y, por lo tanto, también podría usarse como una característica alternativa para discriminar estos dos estados mentales. Los resultados demuestran la viabilidad de nuestra idea propuesta para un diseño de BCI basado en características de EEG convencionales. Nuestra propuesta ofrece el potencial de mitigar los desafíos de detección de señales de las BCI totalmente asincrónicas, al tiempo que proporciona una mayor flexibilidad al tema que las BCI síncronas tradicionales.

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.

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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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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Golomb, BA, Brenner, S., Chalfie, M., Glashow, SL, Glauber, RJ, Hubel, DH, Maskin, ES, Greengard, P., Gross, DJ, Roberts, R., Tonegawa, S., Wilczek , FA, Marrón, 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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Ji, B., Wang, X., Pinto-Duarte, A., Kim, M., Caldwell, S., Young, JW, Behrens, MM, Sejnowski, TJ, Geyer, MA, Zhou, X. Efectos prolongados de la ketamina en ratones hipomórficos Sp4: imitación de fenotipos de esquizofrenia. (2013) Más uno. 8(6):e66327. DOI: 10.1371/journal.pone.0066327

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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.

Stiefel, KM, Englitz, B., Sejnowski, TJ Origen del disparo irregular intrínseco en las interneuronas corticales. (2013) Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América. 110(19):7886-7891. DOI: 10.1073/pnas.1305219110

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Gire, DH, Restrepo, D., Sejnowski, TJ, Greer, C., De Carlos, JA, López-Mascaraque, L. Procesamiento temporal en el sistema olfativo: ¿podemos ver un olor? (2013) Neuron. 78(3):416-432. DOI: 10.1016/j.neurona.2013.04.033

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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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Regner, BM, Vučinić, D., Domnisoru, C., Bartol, TM, Hetzer, MW, Tartakovsky, DM, Sejnowski, TJ Difusión anómala de partículas individuales en el citoplasma. (2013) Revista biofísica. 104(8):1652-60. DOI: 10.1016/j.bpj.2013.01.049

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Alivisatos, AP, Chun, M., Church, GM, Deisseroth, K., Donoghue, JP, Greenspan, RJ, McEuen, PL, Roukes, ML, Sejnowski, TJ, Weiss, PS, Yuste, R. Neurociencia. El mapa de actividad cerebral. (2013) Ciencia. 339 (6125): 1284-5. DOI: 10.1126/ciencia.1236939

Saremi, S., Sejnowski, TJ Modelo jerárquico de imágenes naturales y el origen de la invariancia de escala. (2013) Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América. 110(8):3071-3076. DOI: 10.1073/pnas.1222618110

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Tanaka, H., Sejnowski, TJ Computación de la dinámica de alcance en la corteza motora con coordenadas espaciales cartesianas. (2013) Revista de Neurofisiología. 109(4):1182-1201. DOI: 10.1152/jn.00279.2012

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Kinney, JP, Spacek, J., Bartol, TM, Bajaj, CL, Harris, KM, Sejnowski, TJ Las láminas y túneles extracelulares modulan la difusión de glutamato en el neuropilo del hipocampo. (2013) Revista de Neurología Comparada. 521(2):448-464. DOI: 10.1002/cne.23181

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Srinivasan, L., Asaad, WF, Ginat, DT, Gale, JT, Dougherty, DD, Williams, ZM, Sejnowski, TJ, Eskandar, ES Iniciación de la acción en la corteza cingulada anterior dorsal humana. (2013) Más uno. 8(2):e55247. DOI: 10.1371/journal.pone.0055247

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Volman, V., Bazhenov, M., Sejnowski, TJ Divide y vencerás: la segregación funcional de entradas sinápticas por microdominios astrocíticos podría aliviar la actividad paroxística después de un trauma cerebral. (2013) PLOS Biología Computacional. 9(1):e1002856. DOI: 10.1371/diario.pcbi.1002856

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Toups, JV, Fellous, JM, Thomas, PJ, Sejnowski, TJ, Tiesinga, PH Múltiples patrones de tiempo de pico ocurren en los puntos de bifurcación de la dinámica del potencial de membrana. (2012) PLOS Biología Computacional. 8(10):e1002615. DOI: 10.1371/diario.pcbi.1002615

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Catterall, WA, Raman, IM, Robinson, HP, Sejnowski, TJ, Paulsen, O. La herencia de Hodgkin-Huxley: de los canales a los circuitos. (2012) Journal of Neuroscience. 32(41):14064-14073. DOI: 10.1523/JNEUROSCI.3403-12.2012

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Nadkarni, S., Bartol, TM, Stevens, CF, Sejnowski, TJ, Levine, H. La plasticidad a corto plazo restringe la organización espacial de una terminal presináptica del hipocampo. (2012) Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América. 109(36):14657-14662. DOI: 10.1073/pnas.1211971109

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Volman, V., Bazhenov, M., Sejnowski, TJ Modelos computacionales de interacción neurona-astrocito en epilepsia. (2012) Fronteras en Neurociencia Computacional. 6:58. DOI: 10.3389/fncom.2012.00058

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Bonjean, M., Baker, T., Bazhenov, M., Cash, S., Halgren, E., Sejnowski, T. Interacciones entre las proyecciones talamocorticales del núcleo y la matriz en la sincronización del huso del sueño humano. (2012) Journal of Neuroscience. 32(15):5250-5263. DOI: 10.1523/JNEUROSCI.6141-11.2012

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Tanaka, H., Krakauer, JW, Sejnowski, TJ Generalización y modelos multitasa de adaptación motora. (2012) Computación neuronal. 24(4):939-966. DOI: 10.1162/NECO_a_00262

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Cuando los sujetos adaptan sus movimientos de alcance en el contexto de una fuerza sistemática o una perturbación visual, la generalización de la adaptación se puede evaluar psicofísicamente de dos maneras: probando ubicaciones no entrenadas en el espacio de trabajo al final de la adaptación (generalización posterior a la adaptación lenta) o determinando el influencia de un error en el siguiente ensayo durante la adaptación (generalización rápida ensayo por ensayo). Estas dos medidas de generalización se han utilizado ampliamente en estudios psicofísicos, pero la razón por la que pueden diferir no se ha abordado explícitamente. Nuestro objetivo era desarrollar un marco computacional para determinar cuándo los datos justifican un modelo de dos estados y explorar las implicaciones de estos dos tipos de generalización para las representaciones neuronales de los movimientos. Primero investigamos, para el aprendizaje de un solo objetivo, qué tan bien los procedimientos de selección de modelos estadísticos estándar pueden discriminar los modelos de dos procesos de los modelos de un solo proceso cuando los coeficientes de aprendizaje y retención se variaron sistemáticamente. Luego construimos un modelo de dos estados para el aprendizaje de objetivos múltiples y mostramos que si un proceso de adaptación es de hecho de dos velocidades, entonces el enfoque de generalización posterior a la adaptación prueba principalmente el proceso lento, mientras que el enfoque de generalización de prueba por prueba es más informativo sobre el proceso rápido. proceso. El proceso rápido, debido a su fuerte sensibilidad al error de prueba, contribuye predominantemente a la generalización prueba por prueba, mientras que la fuerte retención del sistema lento contribuye predominantemente a la generalización posterior a la adaptación. Por lo tanto, cuando se puede demostrar que la adaptación es de dos velocidades, las dos medidas de generalización pueden probar diferentes representaciones cerebrales de la dirección del movimiento.

Ramírez Moreno, DF, Sejnowski, TJ Un modelo computacional para la modulación de la inhibición prepulso del reflejo de sobresalto acústico. (2012) Biol Cibern. 106(3):169-176. DOI: 10.1007/s00422-012-0485-7

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Powell, SB, Sejnowski, TJ, Behrens, MM Consecuencias conductuales y neuroquímicas del estrés oxidativo cortical en la maduración de parvalbúmina-interneurona en modelos de esquizofrenia en roedores. (2012) Neurofarmacología. 62(3):1322-31. DOI: 10.1016/j.neuropharm.2011.01.049

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Volman, V., Behrens, MM, Sejnowski, TJ La regulación a la baja de la parvalbúmina en las sinapsis GABA corticales reduce la actividad oscilatoria gamma de la red. (2011) Journal of Neuroscience. 31(49):18137-48. DOI: 10.1523/JNEUROSCI.3041-11.2011

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Coggan, JS, Ocker, GK, Sejnowski, TJ, Prescott, SA Explicar los cambios patológicos en la excitabilidad axonal a través del análisis dinámico de modelos basados en conductancia. (2011) J Neural Ing. 8(6):065002. DOI: 10.1088/1741-2560/8/6/065002

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Wei, H., Bonjean, M., Petry, HM, Sejnowski, TJ, Bickford, Estados Unidos Propensión de disparo de estallido talámico: una comparación de los núcleos geniculado lateral dorsal y pulvinar en la musaraña de árbol. (2011) Journal of Neuroscience. 31(47):17287-17299. DOI: 10.1523/JNEUROSCI.6431-10.2011

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Las neuronas de relevo en los núcleos talámicos dorsales pueden disparar ráfagas de alta frecuencia de potenciales de acción que se montan en la cresta de las corrientes de calcio transitorias (tipo T) dependientes del voltaje [pico de umbral bajo (LTS)]. Para explorar posibles características de explosión específicas del núcleo, comparamos las propiedades de la membrana del núcleo geniculado lateral dorsal (dLGN) y las neuronas de retransmisión del núcleo pulvinar mediante el registro de células enteras in vitro en cortes de tejido de musaraña arborícola juvenil y adulta (Tupaia). Inyectamos rampas de corriente de pendiente variable en neuronas que estaban suficientemente hiperpolarizadas para desactivar los canales de calcio de tipo T. En un pequeño porcentaje de neuronas pulvinar y dLGN juveniles, no se pudo evocar un LTS. En las neuronas juveniles restantes y en todas las neuronas dLGN adultas, las rampas actuales podrían evocar un solo LTS. Sin embargo, en el pulvinar adulto, las rampas actuales provocaron múltiples LTS en> 70% de las neuronas registradas. Utilizando inmunohistoquímica, técnicas de transferencia Western, estereología imparcial y microscopía confocal y electrónica, encontramos que las neuronas pulvinares expresaban más canales de calcio tipo T (Ca(v) 3.2) y más canales de potasio de conductancia pequeña (SK2) que las neuronas dLGN y que la El núcleo pulvinar contenía una mayor proporción de glía a neurona que el dLGN. Los modelos compartimentales de tipo Hodgkin-Huxley revelaron que los distintos modos de disparo podrían replicarse mediante la manipulación de la densidad, distribución y cinética de los canales de calcio tipo T y SK2. Las propiedades intrínsecas de las neuronas pulvinares que promueven el disparo en ráfaga en el adulto pueden ser relevantes para el tratamiento de afecciones que implican la aparición en adultos de interacciones talamocorticales aberrantes.

Brenner, S., Sejnowski, TJ Entendiendo el cerebro humano. (2011) Ciencia. 334 (6056): 567. DOI: 10.1126/ciencia.1215674

Volman, V., Sejnowski, TJ, Bazhénov, M. Base topológica de la epileptogénesis en un modelo de trauma cortical severo. (2011) Revista de Neurofisiología. 106(4):1933-1942. DOI: 10.1152/jn.00458.2011

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Volman, V., Bazhenov, M., Sejnowski, TJ El patrón de trauma determina el umbral para la actividad epiléptica en un modelo de desaferenciación cortical. (2011) Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América. 108(37):15402-15407. DOI: 10.1073/pnas.1112066108

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Dang-Vu, TT, Bonjean, M., Schabus, M., Boly, M., Darsaud, A., Desseilles, M., Degueldre, C., Balteau, E., Phillips, C., Luxen, A. , Sejnowski, TJ, Maquet, P. Interacción entre la actividad cerebral espontánea e inducida durante el sueño humano sin movimientos oculares rápidos. (2011) Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América. 108(37):15438-15443. DOI: 10.1073/pnas.1112503108

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Toups, JV, Fellous, JM, Thomas, PJ, Sejnowski, TJ, Tiesinga, PH Encontrar la estructura de eventos de los trenes de espigas neuronales. (2011) Computación neuronal. 23(9):2169-2208. DOI: 10.1162/NECO_a_00173

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Bonjean, M., Baker, T., Lemieux, M., Timofeev, I., Sejnowski, T., Bazhénov, M. La retroalimentación corticotalámica controla la duración del huso del sueño in vivo. (2011) Journal of Neuroscience. 31(25):9124-9134. DOI: 10.1523/JNEUROSCI.0077-11.2011

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Romaní, S., Sejnowski, TJ, Tsodyks, M. Dinámica intracelular de células de lugar virtual. (2011) Computación neuronal. 23(3):651-5. DOI: 10.1162/NECO_a_00087

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Peterson, DA, Lotz, DT, Halgren, E., Sejnowski, TJ, Poizner, H. Choice modula la dinámica neuronal del procesamiento de errores de predicción durante el aprendizaje recompensado. (2011) Neuroimagen. 54(2):1385-1394. DOI: 10.1016/j.neuroimagen.2010.09.051

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Nuestra capacidad para relacionarnos selectivamente con nuestro entorno nos permite guiar nuestro aprendizaje y aprovechar sus beneficios. Cuando nos enfrentamos a múltiples acciones posibles, nuestras elecciones son un aspecto crítico del aprendizaje. En el caso del aprendizaje a partir de la retroalimentación gratificante, ha habido un progreso teórico y empírico sustancial para dilucidar los procesos neuronales y de comportamiento asociados, predominantemente en términos de un error de predicción de recompensa, una medida de la discrepancia entre la recompensa real y la esperada. Sin embargo, la clara influencia de la elección en el procesamiento de errores de predicción y su dinámica neuronal permanece relativamente inexplorada. En este estudio, utilizamos un paradigma novedoso para determinar cómo la elección influye en el procesamiento de errores de predicción y para examinar si existen dinámicas neuronales correspondientemente distintas. Registramos el electroencefalograma del cuero cabelludo mientras se administraba a adultos sanos una tarea de aprendizaje con recompensa en la que las pruebas de elección se mezclaban con pruebas de control que involucraban los mismos estímulos, respuestas motoras y recompensas probabilísticas. Utilizamos un modelo de aprendizaje de diferencia temporal de las elecciones de prueba por prueba de los sujetos para inferir las valoraciones de imagen de los sujetos y los errores de predicción correspondientes. Como era de esperar, las elecciones se asociaron con magnitudes de error de predicción generales más bajas, sobre todo en el transcurso del aprendizaje de las contingencias de estímulo-recompensa. Las opciones también indujeron una positividad relativa de mayor amplitud en el potencial relacionado con el evento frontocentral unos 200 ms después del inicio de la señal de recompensa que se correlacionó negativamente con el efecto diferencial de la elección en el error de predicción. Por lo tanto, la elección influye en la dinámica neuronal asociada con la forma en que se procesan las señales de recompensa durante el aprendizaje. Por lo tanto, los modelos conductuales, computacionales y neurobiológicos del aprendizaje recompensado deberían adaptarse a una influencia distinta para la elección durante el aprendizaje recompensado.

Timofeev, I., Bazhenov, M., Seigneur, J., Sejnowski, T. Sincronización neocortical. (2010) Epilepsia. 51 (Suplemento 5): 18. DOI: 10.1111/j.1528-1167.2010.02804.x

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Hill, ES, Moore-Kochlacs, C., Vasireddi, SK, Sejnowski, TJ, escarcha, WN Validación del análisis de componentes independientes para la clasificación rápida de picos de datos de grabación óptica. (2010) Revista de Neurofisiología. 104(6):3721-3731. DOI: 10.1152/jn.00691.2010

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El análisis de componentes independientes (ICA) es una técnica que se puede utilizar para extraer las señales de origen de conjuntos de mezclas de señales en las que se desconocen las fuentes mismas. El análisis de grabaciones ópticas de redes neuronales de invertebrados con tintes rápidos sensibles al voltaje podría beneficiarse enormemente de ICA. Estos experimentos pueden generar cientos de trazas de voltaje que contienen registros redundantes y mixtos de potenciales de acción que se originan en un número desconocido de neuronas. ICA se puede utilizar como un método para convertir conjuntos de datos tan complejos en trazas de una sola neurona, pero su precisión para hacerlo nunca se ha evaluado empíricamente. Aquí, probamos la precisión de ICA para dicha separación de fuentes ciegas al realizar simultáneamente un registro intracelular de electrodos nítidos y una rápida formación de imágenes de colorantes sensibles al voltaje de las neuronas ubicadas en los ganglios centrales de Tritonia diomedea y Aplysia californica, utilizando una matriz de fotodiodos de 464 elementos. Después de ejecutar ICA en los conjuntos de datos ópticos, encontramos que en 34 de 34 casos los potenciales de acción registrados intracelularmente correspondían al 100 % a la actividad de picos de uno de los componentes independientes devueltos por ICA. También mostramos que ICA puede clasificar con precisión los potenciales de acción en rastros de neuronas individuales a partir de una serie de archivos de datos ópticos obtenidos en diferentes momentos de la misma preparación, lo que permite monitorear la participación en la red de un gran número de neuronas identificables individualmente durante varios episodios de grabación. Nuestra validación de la precisión de ICA para extraer la actividad neuronal de muchas neuronas individuales de conjuntos de datos de grabación óptica ruidosos, mixtos y redundantes debería permitir el uso de este poderoso enfoque de imágenes a gran escala para estudios de redes neuronales de invertebrados y vertebrados adecuados.

Sejnowski, TJ Aprendizaje de estrategias óptimas en entornos complejos. (2010) Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América. 107(47):20151-2. DOI: 10.1073/pnas.1014954107

Coggan, JS, Prescott, SA, Bartol, TM, Sejnowski, TJ El desequilibrio de las conductancias iónicas contribuye a diversos síntomas de desmielinización. (2010) Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América. 107(48):20602-20609. DOI: 10.1073/pnas.1013798107

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La conducción axonal rápida de potenciales de acción en mamíferos se basa en el aislamiento de mielina. La desmielinización puede causar picos lentos, bloqueados, desincronizados o paradójicamente excesivos que subyacen a los síntomas observados en las enfermedades de desmielinización. La diversidad y el momento de aparición de tales síntomas son poco conocidos, a menudo intermitentes y no correlacionados con el progreso de la enfermedad. Modelamos los efectos de la desmielinización (y la remodelación secundaria) sobre la excitabilidad axonal intrínseca utilizando modelos de Hodgkin-Huxley y de Morris-Lecar reducido. Las simulaciones y el análisis sugirieron una explicación simple para la amplitud de los síntomas y revelaron que la proporción de sodio a la conductancia de fuga, g(Na)/g(L), actuó como un interruptor de cuatro vías que controlaba los patrones de excitabilidad que incluían falla de pico, pico único transmisión, postdescarga y picos espontáneos. La falla ocurría cuando esta relación caía por debajo de un valor de umbral. La posdescarga se produjo a g(Na)/g(L) justo por debajo del umbral para el pico espontáneo y requirió una corriente de entrada lenta que permitió dos estados de atracción estables, uno correspondiente a la inactividad y el otro al pico repetitivo. Una neurona propensa a la posdescarga podría funcionar normalmente a menos que se cambiara a su estado atractor "patológico"; por lo tanto, aunque la patología subyacente puede desarrollarse lentamente por cambios continuos en las conductancias de la membrana, puede ocurrir un cambio discontinuo en la excitabilidad axonal y provocar síntomas paroxísticos. Llegamos a la conclusión de que los síntomas positivos tónicos y paroxísticos, así como los síntomas negativos, pueden ser una consecuencia de diversos grados de desequilibrio entre g (Na) y g (L) después de la desmielinización. La familia KCNK de canales de potasio g(L) puede ser un objetivo importante para nuevos medicamentos para tratar los síntomas de la desmielinización.

Tiesinga, PH, Sejnowski, TJ Mecanismos de cambio de fase en redes corticales y su papel en la comunicación por coherencia. (2010) Fronteras en neurociencia humana. 4:196. DOI: 10.3389/fnhum.2010.00196

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Nadkarni, S., Bartol, TM, Sejnowski, TJ, Levine, H. Modelado de la liberación vesicular en las sinapsis del hipocampo. (2010) PLOS Biología Computacional. 6(11):e1000983. DOI: 10.1371/diario.pcbi.1000983

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Volman, V., Levine, H., Sejnowski, TJ La inhibición de la derivación controla la modulación de la ganancia mediada por la liberación asincrónica de neurotransmisores en el desarrollo temprano. (2010) PLOS Biología Computacional. 6(11):e1000973. DOI: 10.1371/diario.pcbi.1000973

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Sejnowski, TJ QnAs con Terrence J. Sejnowski. [Entrevistado por Prashant Nair]. (2010) Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América. 107(48):20601. DOI: 10.1073/pnas.1015459107

Miller, KJ, Hermes, D., Honey, CJ, Sharma, M., Rao, RP, den Nijs, M., Fetz, EE, Sejnowski, TJ, Hebb, AO, Ojemann, JG, Makeig, S., Leuthardt, EC Modulación dinámica de la actividad de la población local por fase de ritmo en la corteza occipital humana durante una tarea de búsqueda visual. (2010) Fronteras en neurociencia humana. 4:197. DOI: 10.3389/fnhum.2010.00197

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Hao, J., Lee, TW, Sejnowski, TJ Mejora del habla utilizando modelos de mezcla de escala gaussiana. (2010) Proceso IEEE Trans Audio Speech Lang. 18(6):1127-1136. DOI: 10.1109/TASL.2009.2030012

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Fröhlich, F., Sejnowski, TJ, Bazhénov, M. La biestabilidad de la red media en las transiciones espontáneas entre los estados cerebrales normales y patológicos. (2010) Journal of Neuroscience. 30(32):10734-10743. DOI: 10.1523/JNEUROSCI.1239-10.2010

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Hasenstaub, A., Otte, S., Callaway, E., Sejnowski, TJ El costo metabólico como principio unificador que rige la biofísica neuronal. (2010) Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América. 107(27):12329-34. DOI: 10.1073/pnas.0914886107

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Nelson, JD, McKenzie, CR, Cottrell, GW, Sejnowski, TJ La experiencia importa: la adquisición de información optimiza la ganancia de probabilidad. (2010) Psychol Sci. 21 (7): 960-969. DOI: 10.1177/0956797610372637

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Hao, J., Lee, I., Lee, TW, Sejnowski, TJ Análisis de vectores independientes para separación de fuentes utilizando una mezcla de gaussianas previas. (2010) Computación neuronal. 22(6):1646-1673. DOI: 10.1162/neco.2010.11-08-906

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Moldakarimov, S., Bazhenov, M., Sejnowski, TJ La agudización de la representación puede explicar el cebado perceptivo. (2010) Computación neuronal. 22(5):1312-32. DOI: 10.1162/neco.2009.04-09-999

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Modchang, C., Nadkarni, S., Bartol, TM, Triampo, W., Sejnowski, TJ, Levine, H., Rappel, WJ Una comparación de simulaciones determinísticas y estocásticas de modelos de liberación de vesículas neuronales. (2010) Phys Biol. 7(2):026008. DOI: 10.1088/1478-3975/7/2/026008

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Wang, HP, Spencer, D., Fellous, JM, Sejnowski, TJ La sincronización de las entradas talamocorticales maximiza la confiabilidad cortical. (2010) Ciencia. 328 (5974): 106-109. DOI: 10.1126/ciencia.1183108

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Stiefel, KM, Fellous, JM, Thomas, PJ, Sejnowski, TJ Las oscilaciones subliminales intrínsecas amplían la influencia de las entradas sinápticas inhibidoras en las neuronas piramidales corticales. (2010) Revista Europea de Neurociencia. 31(6):1019-26. DOI: 10.1111/j.1460-9568.2010.07146.x

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Moldakarimov, S., Bazhenov, M., Sejnowski, TJ El cebado perceptivo conduce a la reducción de las oscilaciones de frecuencia gamma. (2010) Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América. 107(12):5640-5645. DOI: 10.1073/pnas.0907525107

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Drion, G., Bonjean, M., Waroux, O., Scuvée-Moreau, J., Liégeois, JF, Sejnowski, TJ, Sepulcro, R., Seutin, V. Los canales de tipo M controlan selectivamente el estallido en las neuronas dopaminérgicas de rata. (2010) Revista Europea de Neurociencia. 31(5):827-835. DOI: 10.1111/j.1460-9568.2010.07107.x

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Peterson, DA, Sejnowski, TJ, Poizner, H. Evidencia convergente de plasticidad sináptica estriatal anormal en la distonía. (2010) Neurobiol. Dis. 37(3):558-73. DOI: 10.1016/j.nbd.2009.12.003

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La distonía es un trastorno del movimiento funcionalmente discapacitante caracterizado por movimientos y posturas anormales. Aunque recientemente se ha logrado un progreso sustancial en la identificación de factores genéticos, la fisiopatología de la enfermedad sigue siendo un misterio. Una sugerencia provocativa que gana una aceptación más amplia es que algún aspecto de la plasticidad neuronal puede ser anormal. También hay evidencia de que, al menos en algunas formas de distonía, el "uso" sensoriomotor puede ser un factor contribuyente. La mayor parte de la evidencia empírica de plasticidad anormal en la distonía proviene de medidas de organización y fisiología cortical sensitivomotora. Sin embargo, los ganglios basales también juegan un papel fundamental en la función sensoriomotora. Además, los ganglios basales están implicados de manera prominente en los modelos tradicionales de distonía, son los objetivos principales de las intervenciones neuroquirúrgicas estereotácticas y proporcionan un sustrato neural para el aprendizaje sensoriomotor influenciado por neuromoduladores. Nuestra hipótesis de trabajo es que la plasticidad anormal en los ganglios basales es un vínculo fundamental entre la etiología y la fisiopatología de la distonía. En esta revisión, establecimos los antecedentes de esta hipótesis al integrar una gran cantidad de evidencia indirecta dispar de que la distonía puede implicar anomalías en la plasticidad sináptica en el cuerpo estriado. Después de revisar la evidencia que implica al cuerpo estriado en la distonía, nos enfocamos en la influencia de dos sistemas neuromoduladores: la dopamina y la acetilcolina. Para estos dos neuromoduladores, primero describimos la evidencia de anomalías en la distonía y luego los medios por los cuales puede influir en la plasticidad sináptica estriatal. En conjunto, la evidencia sugiere que muchas formas diferentes de distonía pueden implicar una plasticidad anormal en el cuerpo estriado. Una mejor comprensión de estos procesos plásticos alterados ayudaría a informar nuestra comprensión de la fisiopatología de la distonía y, dado el papel del cuerpo estriado en el aprendizaje sensoriomotor, proporcionaría una base de principios para diseñar terapias dirigidas a los procesos dinámicos que vinculan la etiología con la fisiopatología de la enfermedad. .

Sejnowski, TJ Consecuencias de las corrientes activas no uniformes en las dendritas. (2009) Fronteras en neurociencia. 3(3):332-333. DOI: 10.3389/neuro.01.038.2009

Volman, V., Levine, H., Ben-Jacob, E., Sejnowski, TJ Integración dendrítica localmente equilibrada por plasticidad sináptica a corto plazo y conductancias dendríticas activas. (2009) Revista de Neurofisiología. 102(6):3234-3250. DOI: 10.1152/jn.00260.2009

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Tanaka, H., Sejnowski, TJ, Krakauer, JW Adaptación a la rotación visomotora a través de la interacción entre áreas parietales posteriores y corticales motoras. (2009) Revista de Neurofisiología. 102(5):2921-32. DOI: 10.1152/jn.90834.2008

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Peterson, DA, Elliott, C., Song, DD, Makeig, S., Sejnowski, TJ, Poizner, H. El aprendizaje de inversión probabilística se ve afectado en la enfermedad de Parkinson. (2009) Neurociencia. 163(4):1092-1101. DOI: 10.1016/j.neurociencia.2009.07.033

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En muchos entornos cotidianos, la relación entre nuestras elecciones y sus resultados potencialmente gratificantes es probabilística y dinámica. Además, la dificultad de las opciones puede variar ampliamente. Aunque una gran cantidad de evidencia teórica y empírica sugiere que la dopamina media en el aprendizaje recompensado, la influencia de la dopamina en el aprendizaje recompensado probabilístico y dinámico sigue sin estar clara. Adaptamos una tarea de aprendizaje probabilística recompensada que se usó originalmente para estudiar las tasas de activación de las células de dopamina en primates substantia nigra pars compacta [Morris G, Nevet A, Arkadir D, Vaadia E, Bergman H (2006) Midbrain dopamine neurons encode decision for future action. Nat Neurosci 9:1057-1063] para su uso como una tarea de aprendizaje inverso con humanos. Intentamos investigar cómo el agotamiento de la dopamina en la enfermedad de Parkinson (EP) afecta el aprendizaje de recompensa probabilística y la adaptación a una reversión en las contingencias de recompensa. En el transcurso de 256 pruebas, los sujetos aprendieron a elegir la más favorable entre pares de imágenes con pequeñas o grandes diferencias en las probabilidades de recompensa. Durante una fase de inversión posterior, por lo demás idéntica, se invirtieron las contingencias de probabilidad de recompensa para los estímulos. Diecisiete pacientes con EP de gravedad leve a moderada se estudiaron sin sus medicamentos dopaminérgicos y se compararon con 15 controles de la misma edad. En comparación con los controles, los pacientes con EP tenían distintas deficiencias previas y posteriores a la reversión según la dificultad de las opciones que tenían que aprender. Los pacientes también exhibieron una adaptabilidad comprometida a la reversión. Un modelo computacional de las elecciones de prueba por prueba de los sujetos demostró que la adaptabilidad era sensible a la ganancia con la que los pacientes ponderaban la retroalimentación previa a la reversión. Colectivamente, los resultados implican que el sistema dopaminérgico nigral aprende a tomar decisiones en entornos con contingencias de recompensa probabilísticas y dinámicas.

Behrens, MM, Sejnowski, TJ ¿La esquizofrenia surge de la desregulación oxidativa de las interneuronas de parvalbúmina en la corteza en desarrollo? (2009) Neurofarmacología. 57(3):193-200. DOI: 10.1016/j.neuropharm.2009.06.002

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Un desequilibrio en el estado redox del cerebro puede ser parte de la fisiopatología subyacente en la esquizofrenia. Se ha descubierto que los mediadores inflamatorios, como la IL-6, que puede inclinar el equilibrio redox a un estado prooxidante, están alterados en pacientes con esquizofrenia. Sin embargo, la relación entre el estado redox alterado y las funciones cerebrales alteradas observadas en la enfermedad no ha sido clara. Datos recientes de un modelo farmacológico de esquizofrenia sugieren que los desequilibrios redox e inflamatorios pueden estar directamente relacionados con la fisiopatología de la enfermedad por alteraciones en las interneuronas de rápido aumento. La exposición repetida de adultos al antagonista ketamina NMDA-R aumenta los niveles de la citocina proinflamatoria interleucina-6 en el cerebro que, a través de la activación de la enzima productora de superóxido NADPH oxidasa (Nox2), conduce a la pérdida del fenotipo GABAérgico de las interneuronas PV. ya la disminución de la actividad inhibitoria en la corteza prefrontal. Este efecto no se observa después de una sola exposición a la ketamina, lo que sugiere que la primera exposición al antagonista de NMDA-R prepara el cerebro de tal manera que aparecen efectos nocivos en las interneuronas PV con exposiciones repetitivas. Los efectos de la activación de la vía IL-6/Nox2 en el sistema interneuronal PV son reversibles en el cerebro adulto, pero permanentes en la corteza en desarrollo. El lento desarrollo de las interneuronas PV, aunque es esencial para dar forma a los circuitos neuronales durante el desarrollo cerebral posnatal, aumenta su vulnerabilidad a las agresiones nocivas que pueden afectar permanentemente su proceso de maduración. Por lo tanto, en individuos con predisposición genética, la activación persistente de la vía IL-6/Nox2 puede ser un factor ambiental que incline el equilibrio redox que conduce a síntomas de esquizofrenia en la adolescencia tardía y la edad adulta temprana.

Tiesinga, P., Sejnowski, TJ Iluminación cortical: ¿son las oscilaciones gamma atencionales impulsadas por ING o PING? (2009) Neuron. 63(6):727-732. DOI: 10.1016/j.neurona.2009.09.009

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Conner, JM, Franks, KM, Titterness, AK, Russell, K., Merrill, DA, Christie, BR, Sejnowski, TJ, Tuszynski, MH El NGF es esencial para la plasticidad y el aprendizaje del hipocampo. (2009) Journal of Neuroscience. 29(35):10883-10889. DOI: 10.1523/JNEUROSCI.2594-09.2009

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Makeig, S., Gramann, K., Jung, TP, Sejnowski, TJ, Poizner, H. Vinculando cerebro, mente y conducta. (2009) Int J Psychophysiol. 73(2):95-100. DOI: 10.1016/j.ijpsycho.2008.11.008

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Destexhe, A., Sejnowski, TJ El modelo Wilson-Cowan, 36 años después. (2009) Biol Cibern. 101(1):1-2. DOI: 10.1007/s00422-009-0328-3

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Meltzoff, AN, Kuhl, PK, Movellan, J., Sejnowski, TJ Fundamentos para una nueva ciencia del aprendizaje. (2009) Ciencia. 325 (5938): 284-288. DOI: 10.1126/ciencia.1175626

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Stiefel, KM, Gutkin, BS, Sejnowski, TJ Los efectos de la neuromodulación colinérgica en las curvas de respuesta de fase neuronal de neuronas corticales modeladas. (2009) Revista de Neurociencia Computacional. 26(2):289-301. DOI: 10.1007/s10827-008-0111-9

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Schwartz, O., Sejnowski, TJ, Dayán, P. Organización perceptual en la ilusión de inclinación. (2009) Diario de la visión. 9 (4): 19.1-20. DOI: 10.1167/9.4.19

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Bazhenov, M., Timofeev, I., Fröhlich, F., Sejnowski, TJ Mecanismos celulares y de red de las convulsiones electrográficas. (2009) Drug Discov Today Dis Modelos. 5(1):45-57. DOI: 10.1016/j.ddmod.2008.07.005

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Hao, J., Attias, H., Nagarajan, S., Lee, TW, Sejnowski, TJ Mejora del habla, ganancia y adaptación del espectro de ruido mediante estimación bayesiana aproximada. (2009) Proceso IEEE Trans Audio Speech Lang. 17(1):24-37. DOI: 10.1109/TASL.2008.2005342

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Stiefel, KM, Gutkin, BS, Sejnowski, TJ La neuromodulación colinérgica cambia la forma y el tipo de la curva de respuesta de fase en las neuronas piramidales corticales. (2008) Más uno. 3(12):e3947. DOI: 10.1371/journal.pone.0003947

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Prescott, SA, Sejnowski, TJ La codificación de tasa de pico y la codificación de tiempo de pico se ven afectadas de manera opuesta por diferentes mecanismos de adaptación. (2008) Journal of Neuroscience. 28(50):13649-13661. DOI: 10.1523/JNEUROSCI.1792-08.2008

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La adaptación de la frecuencia de picos provoca picos reducidos durante la estimulación prolongada, pero el impacto total de la adaptación en la codificación neuronal es mucho más complejo, especialmente si se tiene en cuenta la diversidad de mecanismos biofísicos que median en la adaptación y las diferentes formas en que se puede codificar la información neuronal. Aquí mostramos que la adaptación tiene efectos opuestos según la estrategia de codificación neuronal y el mecanismo biofísico responsable de la adaptación. En condiciones ruidosas, la corriente de K (+) activada por calcio (I (AHP)) mejoró la codificación de tasa de pico eficiente a expensas de la codificación de tiempo de pico al regularizar el tren de pico provocado por entradas lentas o constantes; la potencia del ruido se incrementó en las frecuencias altas pero se redujo en las frecuencias bajas, en consonancia con la conformación del ruido que mejora la codificación de las señales de baja frecuencia. Por el contrario, la corriente K(+) de tipo M activada por voltaje (I(M)) mejoró la codificación de tiempo de pico a expensas de la codificación de tasa de pico al evitar que la neurona se disparara repetitivamente a entradas lentas para que pudiera generar picos bien sincronizados en respuesta a entradas rápidas. Mediante el análisis de sistemas dinámicos, demostramos cómo I(AHP) minimiza la perturbación del intervalo entre picos causado por el ruido de alta frecuencia, mientras que I(M) minimiza la interrupción de la precisión de sincronización de picos causada por picos repetitivos. Los resultados dicotómicos están directamente relacionados con los distintos requisitos de activación para I(AHP) e I(M), que a su vez dictan si esas corrientes median la retroalimentación negativa sobre el potencial de membrana o de picos. Por lo tanto, en función de sus distintas propiedades de activación, I(AHP) implementa la formación de ruido que mejora la codificación de picos de señales de baja frecuencia, mientras que I(M) implementa el filtrado de paso alto que mejora la codificación de picos de señales de alta frecuencia.

Prescott, SA, Ratté, S., De Koninck, Y., Sejnowski, TJ Las neuronas piramidales cambian de integradores in vitro a resonadores en condiciones similares a las in vivo. (2008) Revista de Neurofisiología. 100(6):3030-42. DOI: 10.1152/jn.90634.2008

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Durante la vigilia, las neuronas piramidales en el cerebro intacto son bombardeadas por entradas sinápticas que causan despolarización tónica, aumento de la conductancia de la membrana (es decir, derivación) y fluctuaciones ruidosas en el potencial de la membrana; en comparación, las neuronas piramidales en cortes agudos normalmente experimentan poca entrada de fondo. Tales diferencias en las condiciones operativas pueden comprometer la extrapolación de datos in vitro para explicar el funcionamiento neuronal in vivo. Por ejemplo, las neuronas piramidales han sido identificadas como integradoras (es decir, neuronas de clase 1 de acuerdo con la clasificación de Hodgkin de excitabilidad intrínseca) con base en experimentos in vitro, pero esa clasificación es inconsistente con la capacidad de las neuronas piramidales del hipocampo para oscilar/resonar a la frecuencia theta ya que la intrínseca el comportamiento oscilatorio se limita a las neuronas de clase 2. Usando estímulos despolarizantes largos y abrazadera dinámica para reproducir condiciones similares a in vivo en experimentos de corte, mostramos que las células piramidales del hipocampo CA1 cambian de integradores a resonadores, es decir, de excitabilidad de clase 1 a clase 2. El cambio se explica por el aumento de la corriente de salida contribuida por la corriente de potasio de tipo M I(M), que cambia el equilibrio de las corrientes de entrada y salida activas en los potenciales periumbral y, por lo tanto, convierte el mecanismo iniciador de picos según lo predicho por el análisis dinámico de nuestro sistema computacional. modelo. La activación periumbral de I(M) se ve reforzada por el cambio despolarizante en el umbral de pico causado por la derivación y/o la inactivación de los canales de sodio secundaria a la despolarización tónica. Nuestras conclusiones fueron validadas por múltiples comparaciones entre simulación y datos experimentales. Por lo tanto, incluso las propiedades denominadas "intrínsecas" pueden diferir cualitativamente entre las condiciones in vitro e in vivo.

Fröhlich, F., Bazhenov, M., Iragui-Madoz, V., Sejnowski, TJ Dinámica del potasio en la corteza epiléptica: nuevos conocimientos sobre un tema antiguo. (2008) El Neurocientífico. 14 (5): 422-433. DOI: 10.1177/1073858408317955

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Kerr, RA, Bartol, TM, Kaminsky, B., Dittrich, M., Chang, JC, Baden, SB, Sejnowski, TJ, Estilos, JR MÉTODOS DE SIMULACIÓN RÁPIDA DE MONTE CARLO PARA SISTEMAS BIOLÓGICOS DE REACCIÓN-DIFUSIÓN EN SOLUCIÓN Y SOBRE SUPERFICIES. (2008) Revista SIAM de Computación Científica. 30 (6): 3126. DOI: 10.1137/070692017

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Prescott, SA, De Koninck, Y., Sejnowski, TJ Base biofísica para tres mecanismos dinámicos distintos de iniciación del potencial de acción. (2008) PLOS Biología Computacional. 4(10):e1000198. DOI: 10.1371/diario.pcbi.1000198

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La transducción de entradas sinápticas graduadas en trenes de potenciales de acción de todo o nada (picos) es un paso crucial en la codificación neuronal. Hodgkin identificó tres clases de neuronas con propiedades de transducción de analógico a digital cualitativamente diferentes. A pesar del uso generalizado de este esquema de clasificación, no se ha descrito una explicación generalizable de su base biofísica. Registramos a partir de neuronas sensoriales espinales que representan cada clase y reproducimos sus propiedades de transducción en un modelo mínimo. Con análisis de plano de fase y bifurcación, se demostró que cada clase de excitabilidad se deriva de distintas dinámicas de inicio de picos. La excitabilidad podría convertirse entre las tres clases variando parámetros individuales; además, varios parámetros, cuando se variaban uno a la vez, tenían efectos funcionalmente equivalentes sobre la excitabilidad. A partir de esto, concluimos que la dinámica de inicio de picos asociada con cada una de las clases de Hodgkin representa diferentes resultados en una competencia no lineal entre corrientes cinéticamente desajustadas y de dirección opuesta. La excitabilidad de clase 1 ocurre a través de un nodo de silla de montar en la bifurcación del círculo invariable cuando la corriente neta en los potenciales periumbral es hacia adentro (despolarización) en estado estacionario. La excitabilidad de clase 2 se produce a través de una bifurcación de Hopf cuando, a pesar de que la corriente neta es hacia el exterior (hiperpolarización) en estado estacionario, se produce un pico de iniciación porque la corriente hacia el interior se activa más rápido que la corriente hacia el exterior. La excitabilidad de clase 3 ocurre a través de un cruce cuasi-separatrix cuando la corriente interna de activación rápida domina la corriente externa de activación lenta durante un estímulo transitorio, aunque la corriente externa de activación lenta domina durante la estimulación constante. Los experimentos confirmaron que diferentes clases de neuronas de la lámina espinal I expresan las corrientes subumbrales predichas por nuestras simulaciones y, además, que esas corrientes son necesarias para la excitabilidad en cada clase de células. Por lo tanto, nuestros resultados demuestran que las tres clases de excitabilidad surgen de un continuo en la dirección y magnitud de las corrientes subliminales. A través de un análisis detallado del proceso de iniciación de picos, hemos explicado un vínculo fundamental entre las propiedades biofísicas y las diferencias cualitativas en cómo las neuronas codifican la información sensorial.

Lopreore, CL, Bartol, TM, Coggan, JS, Keller, DX, Sosinsky, GE, Ellisman, MH, Sejnowski, TJ Modelado computacional de electrodifusión tridimensional en sistemas biológicos: aplicación al nodo de Ranvier. (2008) Revista biofísica. 95(6):2624-2635. DOI: 10.1529/biophysj.108.132167

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Bajo, picosegundo, vástago, SS, Sejnowski, TJ, Margoliash, D. Características de la estructura del sueño similares a las de los mamíferos en los pinzones cebra. (2008) Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América. 105(26):9081-9086. DOI: 10.1073/pnas.0703452105

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Keller, DX, francos, KM, Bartol, TM, Sejnowski, TJ Activación de calmodulina por transitorios de calcio en la densidad postsináptica de las espinas dendríticas. (2008) Más uno. 3(4):e2045. DOI: 10.1371/journal.pone.0002045

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Finelli, LA, Haney, S., Bazhenov, M., Stopfer, M., Sejnowski, TJ Reglas de aprendizaje sináptico y codificación escasa en un sistema sensorial modelo. (2008) PLOS Biología Computacional. 4(4):e1000062. DOI: 10.1371/diario.pcbi.1000062

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Fröhlich, F., Bazhenov, M., Sejnowski, TJ Efecto patológico de la escala sináptica homeostática en la dinámica de la red en enfermedades de la corteza. (2008) Journal of Neuroscience. 28(7):1709-1720. DOI: 10.1523/JNEUROSCI.4263-07.2008

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Chen, E., Stiefel, KM, Sejnowski, TJ, Bullock, TH Modelo de ondas viajeras en una red nerviosa de coral. (2008) J.Comp. Fisiol. Un Neuroetol. Sens. Neural. Comportamiento Fisiol. 194(2):195-200. DOI: 10.1007/s00359-007-0305-z

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Tiesinga, P., Fellous, JM, Sejnowski, TJ Regulación de la sincronización de los picos en los circuitos corticales visuales. (2008) Nature Reviews Neuroscience. 9(2):97-107. DOI: 10.1038/nrn2315

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Englitz, B., Stiefel, KM, Sejnowski, TJ Activación irregular de interneuronas corticales aisladas in vitro impulsadas por mecanismos estocásticos intrínsecos. (2008) Computación neuronal. 20(1):44-64. DOI: 10.1162/neco.2008.20.1.44

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Vucinic, D., Sejnowski, TJ Un sistema compacto de imágenes 3D multifotónicas para registrar la actividad neuronal rápida. (2007) Más uno. 2(8):e699. DOI: 10.1371/journal.pone.0000699

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Tour, O., Adams, SR, Kerr, RA, Meijer, RM, Sejnowski, TJ, Tsien, RW, Tsien, RY Calcium Green FlAsH como indicador de calcio de molécula pequeña dirigido genéticamente. (2007) Naturaleza Química Biología. 3(7):423-31. DOI: 10.1038/nchembio.2007.4

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Stiefel, KM, Sejnowski, TJ Función de mapeo en la morfología neuronal. (2007) Revista de Neurofisiología. 98(1):513-26. DOI: 10.1152/jn.00865.2006

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Wachtler, T., Doi, E., Lee, T., Sejnowski, TJ Selectividad de cono derivada de las respuestas del mosaico de cono retiniano a escenas naturales. (2007) Diario de la visión. 7 (8): 6. DOI: 10.1167/7.8.6

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Mishra, J., Martínez, A., Sejnowski, TJ, Hillyard, SA Las primeras interacciones intermodales en la corteza auditiva y visual subyacen a una ilusión visual inducida por el sonido. (2007) Journal of Neuroscience. 27(15):4120-4131. DOI: 10.1523/JNEUROSCI.4912-06.2007

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Eagleman, DM, Sejnowski, TJ Juicios de localización de sesgo de señales de movimiento: una explicación unificada para las ilusiones de flash-lag, flash-drag, flash-jump y Frohlich. (2007) Diario de la visión. 7 (4): 3. DOI: 10.1167/7.4.3

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Delorme, A., Sejnowski, T., Makeig, S. Detección mejorada de artefactos en datos de EEG utilizando estadísticas de orden superior y análisis de componentes independientes. (2007) Neuroimagen. 34(4):1443-1449. DOI: 10.1016/j.neuroimagen.2006.11.004

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Siegel, RM, Duann, JR, Jung, TP, Sejnowski, T. Dinámica espaciotemporal de la arquitectura funcional para campos de ganancia en el lóbulo parietal inferior del mono que se comporta. (2007) Corteza cerebral . 17(2):378-390. DOI: 10.1093/cerca/bhj155

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Schwartz, O., Sejnowski, TJ, Dayán, P. Asignación de mezcladores suaves en un modelo generativo jerárquico de estadísticas de escenas naturales. (2006) Computación neuronal. 18(11):2680-718. DOI: 10.1162/neco.2006.18.11.2680

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Mishra, J., Fellous, JM, Sejnowski, TJ Atención selectiva a través de la relación de fase de la sincronía de entrada excitatoria e inhibitoria en una neurona cortical modelo. (2006) Redes neuronales. 19(9):1329-1346. DOI: 10.1016/j.neunet.2006.08.005

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Las neuronas en el área V2 y V4 exhiben una sintonía específica del estímulo para estímulos únicos y responden a tasas de activación intermedias cuando se les presentan dos estímulos preferidos diferencialmente ("respuesta de par"). La atención selectiva a uno de los dos estímulos hace que la velocidad de disparo de la neurona se desplace de la respuesta del par intermedio hacia la respuesta al estímulo atendido como si se presentara solo. La atención a estímulos únicos reduce el umbral de respuesta de la neurona y aumenta la sincronización de picos en las frecuencias gamma. Los mecanismos intrínsecos y de red que subyacen a estos fenómenos se investigaron en un modelo biofísico multicompartimental de una neurona V4 de gato reconstruida. La preferencia de estímulo diferencial se generó a través de una mayor proporción de sinapsis excitatorias a inhibidoras que se proyectan desde una de las dos poblaciones V2 de entrada. La inhibición de avance y la dinámica de depresión sináptica fueron fundamentales para generar la respuesta del par intermedio. Los efectos de ganancia neuronal se simularon utilizando correlaciones de rango de frecuencia gamma en las entradas excitatorias e inhibidoras de avance a la neurona V4. Para las presentaciones de un solo estímulo preferido, las correlaciones dentro de la población inhibitoria fuera de fase con las correlaciones dentro de la entrada excitatoria redujeron significativamente el umbral de respuesta de la neurona V4. La respuesta del par a poblaciones V2 preferidas y no preferidas activas simultáneamente también podría experimentar un aumento o una disminución en la ganancia a través del mismo mecanismo, donde las correlaciones en la inhibición anticipada están desfasadas con las correlaciones de la banda gamma dentro de la entrada excitatoria correspondiente al estímulo atendido. Los resultados de este modelo predicen que la atención de arriba hacia abajo puede sesgar la respuesta de la neurona V4 utilizando un mecanismo de cambio de fase de correlación inhibitoria.

Prescott, SA, Sejnowski, TJ, De Koninck, Y. La reducción del potencial de reversión de aniones subvierte el control inhibitorio de la tasa de disparo en las neuronas de la lámina espinal I: hacia una base biofísica para el dolor neuropático. (2006) Mol Pain. 2:32. DOI: 10.1186/1744-8069-2-32

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Prescott, SA, Ratté, S., De Koninck, Y., Sejnowski, TJ La interacción no lineal entre la derivación y la adaptación controla un cambio entre la integración y la detección de coincidencias en las neuronas piramidales. (2006) Journal of Neuroscience. 26(36):9084-97. DOI: 10.1523/JNEUROSCI.1388-06.2006

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La conductancia de la membrana de una neurona piramidal in vivo aumenta sustancialmente por la entrada sináptica de fondo. El aumento de la conductancia de la membrana, o derivación, no reduce simplemente la excitabilidad neuronal. Las grabaciones de las neuronas piramidales del hipocampo utilizando pinza dinámica revelaron que la adaptación provocó el cese completo de los picos en el estado de alta conductancia, mientras que los picos repetitivos podrían persistir a pesar de la adaptación en el estado de baja conductancia. Este comportamiento se reprodujo en un modelo de plano de fase y se explicó por un aumento en el umbral de voltaje inducido por la derivación. El aumento del umbral permite una mayor activación de la corriente M (I(M)) a potenciales subumbrales y reduce la adaptación mínima requerida para estabilizar el sistema; por el contrario, la activación de la corriente de poshiperpolarización no se ve afectada por el aumento del umbral y, por lo tanto, sigue siendo incapaz de detener los picos repetitivos. La interacción no lineal entre la derivación y I(M) tiene otras consecuencias importantes. En primer lugar, la sincronización de los picos provocados por estímulos breves es más precisa cuando se prohíben los picos de fondo provocados por una entrada sostenida, como ocurre exclusivamente con la adaptación mediada por I(M) en el estado de alta conductancia. En segundo lugar, la activación de I(M) en los potenciales subumbrales, que aumenta en el estado de alta conductancia, hiperpolariza el potencial de membrana promedio alejándolo del umbral de voltaje, lo que permite que solo grandes fluctuaciones rápidas alcancen el umbral y provoquen picos. Estos resultados sugieren que el cambio de un estado de conductancia bajo a alto en una neurona piramidal va acompañado de un cambio de la codificación de entrada promediada en el tiempo con tasa de disparo a la codificación de entradas transitorias con picos cronometrados con precisión, en efecto, cambiando el modo operativo de integración a detección de coincidencias.

Vucinić, D., Bartol, TM, Sejnowski, TJ Objetivos reflectantes híbridos para microscopía multifotónica funcional en medios turbios. (2006) Optar Lett. 31 (16): 2447 2449-.

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Paulsen, O., Sejnowski, TJ Del olfato de los invertebrados a la cognición humana: funciones computacionales emergentes de la actividad oscilatoria sincronizada. (2006) Journal of Neuroscience. 26(6):1661-1662. DOI: 10.1523/JNEUROSCI.3737-05a.2006

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Goldbaum, MH, Sample, PA, Zhang, Z., Chan, K., Hao, J., Lee, TW, Boden, C., Bowd, C., Bourne, R., Zangwill, L., Sejnowski, T., Spinak, D., Weinreb, RN Uso del aprendizaje no supervisado con análisis de componentes independientes para identificar patrones de defectos glaucomatosos del campo visual. (2005) Oftalmología investigativa y ciencia visual. 46(10):3676-3683. DOI: 10.1167/iovs.04-1167

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Coggan, JS, Bartol, TM, Esquenazi, E., Stiles, JR, Lamont, S., Martone, ME, Berg, DK, Ellisman, MH, Sejnowski, TJ Evidencia de neurotransmisión ectópica en una sinapsis neuronal. (2005) Ciencia. 309 (5733): 446-451. DOI: 10.1126/ciencia.1108239

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Fröhlich, F., Bazhenov, M., Timofeev, I., Sejnowski, TJ Mantenimiento y terminación de las oscilaciones neocorticales por modulación dinámica de la excitabilidad intrínseca y sináptica. (2005) Sistema de relación del tálamo. 3(2):147-156. DOI: 10.1017/S147292880700015

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Houweling, AR, Bazhenov, M., Timofeev, I., Steriade, M., Sejnowski, TJ La plasticidad sináptica homeostática puede explicar la epileptogénesis postraumática en la neocorteza crónicamente aislada. (2005) Corteza cerebral . 15(6):834-845. DOI: 10.1093/cerca/bhh184

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Bowd, C., Medeiros, FA, Zhang, Z., Zangwill, LM, Hao, J., Lee, TW, Sejnowski, TJ, Weinreb, RN, Goldbaum, MH Máquina de vector de relevancia y análisis clasificador de máquina de vector de soporte de mediciones de capa de fibra nerviosa retiniana de polarimetría láser de barrido. (2005) Oftalmología investigativa y ciencia visual. 46(4):1322-1329. DOI: 10.1167/iovs.04-1122

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Fuentealba, P., Timofeev, I., Bazhenov, M., Sejnowski, TJ, Steriade, M. Biestabilidad de la membrana en las neuronas reticulares talámicas durante las oscilaciones del huso. (2005) Revista de Neurofisiología. 93(1):294-304. DOI: 10.1152/jn.00552.2004

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El núcleo reticular talámico (RE) es una fuente importante de inhibición en el tálamo. Desempeña un papel crucial en la regulación de la excitabilidad de las redes talamocorticales y en la generación de algunos ritmos de sueño. Los registros intracelulares con pinza de corriente de las neuronas del RE en gatos bajo anestesia con barbitúricos revelaron la presencia de biestabilidad de la membrana en aproximadamente el 20 % de las neuronas. La biestabilidad consistía en dos potenciales de membrana alternos, separados por aproximadamente 17-20 mV. Mientras que las neuronas RE no biestables (comunes) dispararon ráfagas de picos rítmicos durante los husos, las neuronas RE biestables dispararon tónicamente, con modulación de ráfagas, a lo largo de las secuencias de husos. La biestabilidad dependía fuertemente del voltaje y solo se expresaba en condiciones de reposo (es decir, sin inyección de corriente). La transición del estado silencioso al activo fue un evento regenerativo que podría activarse mediante una breve despolarización, mientras que breves hiperpolarizaciones podrían cambiar el potencial de membrana del estado activo al silencioso. Estos efectos duraron más que los pulsos de corriente. La estimulación corticotalámica también podría cambiar el potencial de membrana de estados silenciosos a estados activos. La adición de QX-314 en la micropipeta de registro eliminó o interrumpió la biestabilidad de la membrana, lo que sugiere que I (Na (p)) es responsable de su generación. Las células talamocorticales presentaron varios patrones de huso que reflejaban la biestabilidad de la membrana en las neuronas del RE. Finalmente, los datos experimentales y las simulaciones por computadora predijeron un papel para la biestabilidad de la membrana de las neuronas RE en la inducción de varios patrones de huso en las células talamocorticales diana. Concluimos que la biestabilidad de la membrana de las neuronas RE es una propiedad intrínseca, probablemente generada por I (Na (p)) y modulada por influencias corticales, así como un factor que determina diferentes patrones de ritmos del huso en las neuronas talamocorticales.

Sejnowski, TJ En memoria: Francis HC Crick. (2004) Neuron. 43(5):619-621. DOI: 10.1016/j.neurona.2004.08.022

Zangwill, LM, Chan, K., Bowd, C., Hao, J., Lee, TW, Weinreb, RN, Sejnowski, TJ, Goldbaum, MH Mediciones de tomografía de retina de Heidelberg del disco óptico y la retina parapapilar para detectar glaucoma analizadas por clasificadores de aprendizaje automático. (2004) Oftalmología investigativa y ciencia visual. 45(9):3144-3151. DOI: 10.1167/iovs.04-0202

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Bazhenov, M., Timofeev, I., Steriade, M., Sejnowski, TJ Modelo de potasio para oscilaciones paroxísticas neocorticales lentas (2-3 Hz) in vivo. (2004) Revista de Neurofisiología. 92(2):1116-1132. DOI: 10.1152/jn.00529.2003

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En las oscilaciones paroxísticas neocorticales lentas, las envolturas de despolarización e hiperpolarización de las neuronas neocorticales son grandes en comparación con las oscilaciones lentas del sueño. El aumento de la sincronía local de las oscilaciones del potencial de membrana durante la convulsión se refleja en oscilaciones electroencefalográficas más grandes y en la aparición de complejos de picos o polipicos de onda a frecuencias de 2 a 3 Hz. Los mecanismos oscilatorios que subyacen a esta actividad paroxística se investigaron en modelos computacionales de redes corticales. La concentración extracelular de K(+) ([K(+)](o)) se calculó continuamente en función de las corrientes neuronales de K(+) y las bombas de K(+), así como el almacenamiento en búfer glial. Un aumento de [K(+)](o) desencadenó una transición de oscilaciones normales similares a las de la vigilia a una actividad similar a una convulsión de 2 a 3 Hz. En este modo, las células disparaban ráfagas periódicas y las neuronas cercanas oscilaban de forma muy sincronizada; en algunas células, la despolarización condujo a la inactivación de picos que duró 50-100 ms. Un aumento de [K(+)](o), suficiente para producir oscilaciones, podría deberse a un disparo excesivo (p. ej., inducido por estimulación externa) o incapacidad del sistema regulador de K(+) (p. ej., cuando se bloqueó la amortiguación glial). Una combinación de corrientes que incluían Ca(2+) de alto umbral, Na(+) persistente y corrientes despolarizantes activadas por hiperpolarización (I(h)) fue suficiente para mantener una actividad de 2 a 3 Hz. En un modelo de red que incluía la difusión lateral de K(+) entre las células, el aumento de [K(+)](o) en una pequeña región fue generalmente suficiente para mantener las oscilaciones paroxísticas en toda la red. Los cambios lentos de [K(+)](o) modularon la frecuencia de los estallidos y, en algunos casos, dieron lugar a oscilaciones rápidas en el rango de frecuencia de 10 a 15 Hz, similar a las carreras rápidas observadas durante las convulsiones in vivo. Estos resultados sugieren que las modificaciones de las corrientes intrínsecas mediadas por el aumento de [K(+)](o) pueden explicar el rango de oscilaciones paroxísticas neocorticales in vivo.

Sample, PA, Chan, K., Boden, C., Lee, TW, Blumenthal, EZ, Weinreb, RN, Bernd, A., Pascual, J., Hao, J., Sejnowski, T., Goldbaum, MH Uso del aprendizaje no supervisado con una mezcla variacional bayesiana de análisis factorial para identificar patrones de defectos glaucomatosos del campo visual. (2004) Oftalmología investigativa y ciencia visual. 45(8):2596-2605. DOI: 10.1167/iovs.03-0343

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Shon, AP, Rao, RP, Sejnowski, TJ Detección y predicción de movimiento a través de la plasticidad dependiente de la sincronización de picos. (2004) Red. 15 (3): 179 198-.

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Tiesinga, PH, Fellous, JM, Salinas, E., José, JV, Sejnowski, TJ La sincronía inhibitoria como mecanismo de modulación de la ganancia atencional. (2004) Revista de Fisiología, París. 98(4-6):296-314. DOI: 10.1016/j.jphysparis.2005.09.002

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Las grabaciones del área V4 de los monos han revelado que cuando el foco de atención está en un estímulo visual dentro del campo receptivo de una neurona cortical, pueden ocurrir dos cambios distintos: la velocidad de disparo de la neurona puede cambiar y puede haber un aumento en el coherencia entre los picos y el potencial de campo local (LFP) en el rango de frecuencia gamma (30-50 Hz). La hipótesis explorada aquí es que estos efectos de atención observados podrían ser una consecuencia de cambios en la sincronía de las redes de interneuronas locales. Realizamos simulaciones por computadora de una neurona de tipo Hodgkin-Huxley impulsada por una corriente despolarizante constante, I, que representa la estimulación visual y una entrada inhibitoria moduladora que representa los efectos de la atención a través de redes de interneuronas locales. Observamos que la velocidad de disparo de la neurona y la coherencia de su tren de picos de salida con las entradas sinápticas estaba modulada por el grado de sincronía de las entradas inhibitorias. Cuando aumentó la sincronía inhibitoria, aumentó la coherencia de las neuronas del modelo de pico con la entrada sináptica, pero la tasa de activación aumentó o permaneció igual. El número medio de entradas inhibidoras síncronas fue un factor determinante clave de la forma de las curvas de tasa de disparo versus corriente (fI). Para una gran cantidad de entradas inhibitorias (aproximadamente 50), la curva fI se saturó para I grande y un aumento en la sincronía de entrada resultó en un cambio de sensibilidad: la neurona modelo respondió a entradas I más débiles. Para un número pequeño (aproximadamente 10), las curvas de fI no se saturaban y un aumento en la sincronía de entrada condujo a un aumento en la ganancia de la respuesta: la velocidad de disparo en respuesta a la misma entrada se multiplicó por un factor aproximadamente constante. La modulación de la tasa de disparo con sincronía inhibidora fue más alta cuando la red de entrada osciló en el rango de frecuencia gamma. Por lo tanto, los cambios observados en la velocidad de disparo y la coherencia de las neuronas en la corteza visual podrían controlarse mediante entradas de arriba hacia abajo que regulaban la coherencia en la actividad de una red inhibidora local que descargaba en frecuencias gamma.

Fuentealba, P., Ganchillo, S., Timofeev, I., Bazhenov, M., Sejnowski, TJ, Steriade, M. La evidencia experimental y los estudios de modelado respaldan un papel de sincronización para el acoplamiento eléctrico en las neuronas reticulares talámicas del gato in vivo. (2004) Revista Europea de Neurociencia. 20(1):111-9. DOI: 10.1111/j.1460-9568.2004.03462.x

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Bowd, C., Zangwill, LM, Medeiros, FA, Hao, J., Chan, K., Lee, TW, Sejnowski, TJ, Goldbaum, MH, muestra, Pensilvania, Crowston, JG, Weinreb, RN Clasificadores de oftalmoscopia con láser de barrido confocal y evaluación de estereofotografía para la predicción de anomalías del campo visual en ojos con sospecha de glaucoma. (2004) Oftalmología investigativa y ciencia visual. 45 (7): 2255 2262-.

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Schwartz, O., Movellan, JR, Wachtler, T., Albright, TD, Sejnowski, TJ Distribuciones de recuento de picos, factorizabilidad y efectos contextuales en el área V1. (2004) Neurocomputación. 58-60:893-900. DOI: 10.1016/j.neucom.2004.01.143

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Arnoldo, M., Sejnowski, T., Hammerström, D., Jabri, M. Integración de sistemas neuronales. (2004) Neurocomputación. 58-60:1123-1128. DOI: 10.1016/j.neucom.2004.01.176

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Makeig, S., Delorme, A., Westerfield, M., Jung, TP, Townsend, J., Courchesne, E., Sejnowski, TJ Dinámica cerebral electroencefalográfica siguiendo objetivos visuales respondidos manualmente. (2004) PLOS Biología. 2(6):e176. DOI: 10.1371/journal.pbio.0020176

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Las señales electroencefalográficas (EEG) registradas en el cuero cabelludo producidas por la sincronización parcial de la actividad del campo cortical mezclan actividades eléctricas localmente sincrónicas de muchas áreas corticales. El análisis de las señales de EEG relacionadas con eventos generalmente asume que los potenciales posteriores al estímulo emergen de una línea de base plana. Las señales asociadas con un tipo particular de evento cognitivo luego se evalúan promediando los datos de cada canal del cuero cabelludo en los ensayos, produciendo potenciales relacionados con eventos (ERP) promediados. Sin embargo, el promedio de ERP filtra gran parte de la información sobre la dinámica cortical disponible en los ensayos de datos no promediados. Aquí, estudiamos la dinámica de la actividad eléctrica cortical mientras los sujetos detectaban y respondían manualmente a los objetivos visuales, viendo las señales retenidas en los promedios de ERP no como respuestas de un sistema silencioso sino como resultado de alteraciones relacionadas con eventos en procesos de EEG en curso. Aplicamos el análisis de componentes independientes de infomax para analizar la dinámica de las señales de EEG de 31 canales no promediadas en procesos independientes máximos, luego agrupamos los procesos resultantes entre sujetos por similitudes en sus mapas de cuero cabelludo y espectros de potencia de actividad, identificando nueve clases de procesos de EEG con distinto espacial distribuciones y dinámicas relacionadas con eventos. Los estallidos theta posmotores acoplados de dos ciclos siguieron a las pulsaciones de botones en la línea media frontal y los grupos somatomotores, mientras que la amplia positividad posmotora "P300" resumió distintas contribuciones de varias clases de procesos frontales, parietales y occipitales. Los cambios observados relacionados con eventos en las actividades de campo locales, dentro y entre áreas corticales, pueden servir para modular la fuerza de la comunicación basada en picos entre áreas corticales para actualizar la atención, la expectativa, la memoria y la preparación motora durante y después del reconocimiento del objetivo y la respuesta acelerada. .

Tiesinga, PH, Fellous, JM, Salinas, E., José, JV, Sejnowski, TJ La sincronización como mecanismo de modulación de la ganancia atencional. (2004) Neurocomputación. 58-60:641-646. DOI: 10.1016/j.neucom.2004.01.108

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Yates, Pensilvania, Holub, AD, McLaughlin, T., Sejnowski, TJ, O'Leary, DD Modelado computacional del desarrollo del mapa retinotópico para definir las contribuciones de los gradientes de EphA-ephrinA, las interacciones axón-axón y la actividad modelada. (2004) Revista de Neurobiología. 59(1):95-113. DOI: 10.1002/neu.10341

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La proyección topográfica de los axones de las células ganglionares de la retina (RGC) al colículo superior del ratón (SC) o al techo óptico del pollo (OT) se forma en tres fases: los axones de las RGC sobrepasan su zona de terminación (TZ); exhiben ramificación intersticial a lo largo del axón que está sesgada topográficamente para la ubicación correcta de su futura TZ; y las ramas arborizan preferentemente en la TZ y la exuberante proyección inicial se refina a través de la eliminación de axones y ramas para generar un mapa retinotópico preciso. Presentamos un modelo computacional de desarrollo de mapas que demuestra que los contragradientes de EphAs y ephrinAs en la retina y el OT/SC y la señalización repelente bidireccional entre los axones RGC y las células OT/SC son suficientes para dirigir un sesgo topográfico inicial en la ramificación del axón RGC. Nuestro modelo también sugiere que se requiere una acción repelente propuesta de EphAs/ephrinAs presente en las ramas y árboles de RGC añadida a la de EphAs/ephrinAs expresada por células OT/SC para restringir progresivamente la ramificación y la arborización a ubicaciones topográficamente correctas y eliminar el exceso de axón. Las simulaciones muestran que este marco molecular solo puede desarrollar un orden y refinamiento topográfico considerable, incluida la eliminación de axones, una característica no programada en el modelo. La generación de un mapa refinado con una TZ condensada como in vivo requiere un parámetro adicional que mejora la formación de ramas a lo largo de un axón RGC cerca de los sitios que tiene una mayor densidad de ramas y se asemeja a un papel asumido para la actividad neural modelada. El mismo modelo computacional genera los fenotipos informados en ratones deficientes en ephrinA y ratones knockin para Isl2-EphA3. Este modelo sugiere que los gradientes de contrarrepelentes pueden establecer un grado sustancial de orden topográfico en el OT/SC, y que los repelentes presentes en las ramificaciones y árboles de los axones de RGC hacen una contribución sustancial al refinamiento del mapa. Sin embargo, se requieren interacciones competitivas entre los axones de RGC que mejoran la probabilidad de ramificación local continua para generar una retinotopía precisa.

Eagleman, DM, Jacobson, JE, Sejnowski, TJ La luminancia percibida depende del contexto temporal. (2004) Naturaleza. 428 (6985): 854-856. DOI: 10.1038/naturaleza02467

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Fellous, JM, Tiesinga, PH, Thomas, PJ, Sejnowski, TJ Descubrir patrones de picos en las respuestas neuronales. (2004) Journal of Neuroscience. 24(12):2989-3001. DOI: 10.1523/JNEUROSCI.4649-03.2004

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Tiesinga, PH, Sejnowski, TJ Modulación temporal rápida de sincronía por competencia en redes de interneuronas corticales. (2004) Computación neuronal. 16 (2): 251-75. DOI: 10.1162/089976604322742029

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La sincronía de las neuronas en la corteza visual extraestriada está modulada por la atención selectiva incluso cuando solo hay pequeños cambios en la velocidad de activación (Fries, Reynolds, Rorie y Desimone, 2001). Utilizamos modelos tipo Hodgkin-Huxley de neuronas corticales para investigar el mecanismo por el cual el grado de sincronía puede modularse independientemente de los cambios en las tasas de activación. La sincronía de redes locales de interneuronas corticales modelo que interactúan a través de sinapsis GABA(A) se moduló en una escala de tiempo rápida mediante la activación selectiva de una fracción de las interneuronas. Las interneuronas activadas se sincronizaron rápidamente y suprimieron la actividad de las otras neuronas en la red, pero solo si la red estaba en un rango restringido de actividad de fondo sináptica equilibrada. Durante una actividad de fondo más fuerte, la red no se sincronizó y, para una actividad de fondo más débil, la red se sincronizó pero no volvió a un estado asíncrono después de la sincronización. La salida inhibidora de la red bloqueó la actividad de las neuronas piramidales durante la actividad de la red asíncrona, y durante la actividad de la red síncrona mejoró el impacto de la actividad relacionada con el estímulo de las células piramidales en las áreas corticales receptoras (Salinas & Sejnowski, 2001). La sincronía por competencia proporciona un mecanismo para controlar la sincronía con alteraciones menores en la tasa, lo que podría ser útil para el procesamiento de la información. Debido a que los métodos tradicionales como la correlación cruzada y la coherencia del campo de picos requieren varios cientos de milisegundos de registros y no pueden medir cambios rápidos en el grado de sincronía, presentamos un nuevo método para detectar cambios rápidos en el grado de coincidencia y precisión de la sincronización de picos.

Schreiber, S., Fellous, JM, Tiesinga, P., Sejnowski, TJ Influencia de las conductancias iónicas en la fiabilidad de la temporización de picos de las neuronas corticales para entradas rítmicas supraumbral. (2004) Revista de Neurofisiología. 91(1):194-205. DOI: 10.1152/jn.00556.2003

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Fellus, JM, Sejnowski, TJ Regulación de la actividad persistente por inhibición de fondo en un modelo in vitro de un microcircuito cortical. (2003) Corteza cerebral . 13 (11): 1232 1241-.

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Anemüller, J., Sejnowski, TJ, Makeig, S. Análisis de componentes independientes complejos de datos electroencefalográficos en el dominio de la frecuencia. (2003) Redes neuronales. 16(9):1311-1323. DOI: 10.1016/j.neunet.2003.08.003

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Sejnowski, TJ Percepciones de la ciencia. Aproveche la ciencia las 24 horas del día, los 7 días de la semana. (2003) Ciencia. 301 (5633): 601. DOI: 10.1126/ciencia.1084463

Kretzberg, J., Sejnowski, T., Warzecha, AK, Egelhaaf, M. La variabilidad de las respuestas postsinápticas depende de forma no lineal del número de entradas sinápticas. (2003) Neurocomputación. 52-54:313-320. DOI: 10.1016/S0925-2312(02)00797-X

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Schreiber, S., Fellous, JM, Whitmer, D., Tiesinga, P., Sejnowski, TJ Una nueva medida basada en la correlación de la fiabilidad de la sincronización de los picos. (2003) Neurocomputación. 52-54:925-931. DOI: 10.1016/S0925-2312(02)00838-X

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Thomas, PJ, Tiesinga, PH, Fellous, JM, Sejnowski, TJ Confiabilidad y bifurcación en neuronas impulsadas por múltiples sinusoides. (2003) Neurocomputación. 52-54:955-961. DOI: 10.1016/S0925-2312(02)00856-1

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Neubig, M., Destexhe, A., Sejnowski, TJ Variabilidad de las corrientes sinápticas cuánticas en las neuronas talamocorticales. (2003) Sistema de relación del tálamo. 2(2):153-168. DOI: 10.1016/S1472-9288(03)00008-6

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Francos, KM, Stevens, CF, Sejnowski, TJ Fuentes independientes de variabilidad cuántica en sinapsis glutamatérgicas individuales. (2003) Journal of Neuroscience. 23 (8): 3186 3195-.

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La variabilidad en el tamaño de las respuestas postsinápticas individuales es una característica de la mayoría de las neuronas centrales, aunque la fuente de esta variabilidad no se entiende por completo. La fuente dominante de variabilidad podría ser intersináptica o intrasináptica. Para examinar cuantitativamente esta pregunta, se utilizó un modelo biofísicamente realista de una sinapsis axoespinosa central idealizada para evaluar los mecanismos subyacentes a las mediciones de la variabilidad sináptica. Se consideraron tres fuentes independientes de variabilidad: estocasticidad de los receptores postsinápticos ("ruido del canal"), variaciones de la concentración de glutamato en la hendidura sináptica (Deltaq) y diferencias en la potencia de las vesículas liberadas desde diferentes lugares de la zona activa [release-place dependencia (RLD)]. Como era de esperar, el ruido del canal fue pequeño (8 % de la varianza total) y Deltaq fue la fuente dominante de variabilidad (58 % de la varianza total). Sorprendentemente, RLD representó una cantidad significativa de variabilidad (36%). Nuestras simulaciones muestran que la potencia de los sitios de liberación disminuyó con una constante de longitud de aproximadamente 100 nm, y que los receptores no se activaron por eventos de liberación a >300 nm de distancia, lo que es consistente con la observación de que las zonas activas individuales rara vez son >300 nm. RLD también predice que la forma en que los receptores se agregan o eliminan de las sinapsis puede afectar dramáticamente la naturaleza de la respuesta sináptica, siendo más eficiente el aumento de la densidad del receptor que simplemente aumentar el área sináptica. Los niveles de saturación y la geometría sináptica también fueron importantes para determinar el tamaño y la forma de la distribución de amplitudes registradas en diferentes sinapsis.

Fellous, JM, Rudolph, M., Destexhe, A., Sejnowski, TJ El ruido de fondo sináptico controla las características de entrada/salida de células individuales en un modelo in vitro de actividad in vivo. (2003) Neurociencia. 122 (3): 811 829-.

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Se utilizaron estudios in vivo, in vitro y computacionales para investigar el impacto de la actividad de fondo sináptica observada en las neuronas neocorticales in vivo. Simulamos la actividad de fondo in vitro usando dos procesos estocásticos de Ornstein-Uhlenbeck que describen conductancias sinápticas glutamatérgicas y GABAérgicas, que se inyectaron en una célula en tiempo real usando la técnica de sujeción dinámica. Con parámetros elegidos para imitar las condiciones in vivo, las células de la corteza prefrontal de rata de la capa 5 registradas in vitro se despolarizaron en aproximadamente 15 mV, su membrana fluctuó con una SD de aproximadamente 4 mV, sus resistencias de entrada se redujeron cinco veces, su activación espontánea tuvo un alto coeficiente de variación y una tasa de disparo promedio de alrededor de 5-10 Hz. Breves cambios en la varianza de las fluctuaciones de conductancia sináptica del ácido alfa-amino-3-hidroxi-5-metil-4-isoxazolpropiónico (AMPA) indujeron picos bloqueados en el tiempo sin cambiar significativamente el potencial de membrana promedio de la célula. Estos transitorios imitaron aumentos en la correlación de entradas excitatorias. La actividad de fondo fue muy eficaz en la modulación de la curva de corriente/velocidad de activación de la célula: la varianza de las conductancias simuladas de ácido gamma-aminobutírico (GABA) y AMPA establecieron individualmente la ganancia de entrada/salida, las conductancias medias de excitación e inhibición establecieron el funcionamiento punto, y la conductancia inhibitoria media controló la resistencia de entrada. Una relación promedio de conductancias medias inhibidoras a excitatorias cercana a 4 fue óptima para generar fluctuaciones de potencial de membrana con altos coeficientes de variación. Concluimos que la actividad sináptica de fondo puede modular dinámicamente las propiedades de entrada/salida de las neuronas neocorticales individuales in vivo.

Wachtler, T., Sejnowski, TJ, Albright, TD Representación de estímulos de color en la corteza visual primaria de macacos despiertos. (2003) Neuron. 37 (4): 681 691-.

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Doi, E., Inui, T., Lee, TW, Wachtler, T., Sejnowski, TJ Propiedades del campo receptivo espaciocromático derivadas de análisis teóricos de la información de las respuestas del mosaico cónico a escenas naturales. (2003) Computación neuronal. 15 (2): 397-417. DOI: 10.1162/089976603762552960

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Kreutz-Delgado, K., Murray, JF, Rao, BD, Engan, K., Lee, TW, Sejnowski, TJ Algoritmos de aprendizaje de diccionarios para representación dispersa. (2003) Computación neuronal. 15 (2): 349-96. DOI: 10.1162/089976603762552951

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Se desarrollan algoritmos para el aprendizaje basado en datos de diccionarios sobrecompletos específicos de dominio para obtener la máxima verosimilitud y estimaciones máximas a posteriori del diccionario basadas en el uso de modelos bayesianos con registros anteriores negativos cóncavos/cóncavos de Schur (CSC). Tales priores son apropiados para obtener representaciones escasas de señales ambientales dentro de un diccionario elegido apropiadamente (emparejado con el medio ambiente). Los elementos del diccionario se pueden interpretar como conceptos, características o palabras capaces de expresar de manera sucinta los eventos que se encuentran en el entorno (la fuente de las señales medidas). Esta es una generalización de la cuantificación vectorial en la que uno está interesado en una descripción que involucra unas pocas entradas de diccionario (el proverbial "25 palabras o menos"), pero no necesariamente tan sucinta como una sola entrada. Para aprender un diccionario adaptado al entorno capaz de expresar concisamente las señales generadas por el entorno, desarrollamos algoritmos que iteran entre un conjunto representativo de representaciones dispersas encontradas por variantes de FOCUSS y una actualización del diccionario utilizando estas representaciones dispersas. Los experimentos se realizaron utilizando datos sintéticos e imágenes naturales. Para diccionarios completos, demostramos que nuestros algoritmos han mejorado el rendimiento en comparación con otros métodos de análisis de componentes independientes (ICA), medidos en términos de relaciones señal-ruido de fuentes separadas. En el caso de sobrecompleto, mostramos que el verdadero diccionario subyacente y las fuentes escasas se pueden recuperar con precisión. En pruebas con imágenes naturales, los diccionarios demasiado completos aprendidos muestran una mayor eficiencia de codificación que los diccionarios completos; es decir, las imágenes codificadas con un diccionario demasiado completo tienen una mayor compresión (menos bits por píxel) y una mayor precisión (menor error cuadrático medio).

Rao, RP, Sejnowski, TJ Selectividad de dirección similar a una célula compleja a través de la plasticidad dependiente de la sincronización de picos. (2003) Revista de Investigación IETE. 49(2-3):97-111.

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Suri, RE, Sejnowski, TJ Propagación de picos sincronizada por aprendizaje hebbiano temporalmente asimétrico. (2002) Biol Cibern. 87(5-6):440-5. DOI: 10.1007/s00422-002-0355-9

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Francos, KM, Sejnowski, TJ Complejidad de la señalización del calcio en las espinas sinápticas. (2002) Bioensayos. 24(12):1130-1144. DOI: 10.1002/bies.10193

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Destexhe, A., Sejnowski, TJ La iniciación de ráfagas en las neuronas talámicas y el control cortical de la sensibilidad talámica. (2002) Filosofía Trans. R. Soc. Lond., B, Biol. ciencia 357 (1428): 1649-57. DOI: 10.1098/rstb.2002.1154

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Bartlett, MS, Movellan, JR, Sejnowski, TJ Reconocimiento facial por análisis de componentes independientes. (2002) Red transneuronal IEEE. 13(6):1450-1464. DOI: 10.1109/TNN.2002.804287

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Franks, KM, Bartol, TM, Sejnowski, TJ Un modelo de Monte Carlo revela señalización independiente en las sinapsis glutamatérgicas centrales. (2002) Revista biofísica. 83(5):2333-2348. DOI: 10.1016/S0006-3495(02)75248-X

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Bowd, C., Chan, K., Zangwill, LM, Goldbaum, MH, Lee, TW, Sejnowski, TJ, Weinreb, RN Comparación de redes neuronales y funciones discriminantes lineales para la detección de glaucoma mediante oftalmoscopia láser de barrido confocal del disco óptico. (2002) Oftalmología investigativa y ciencia visual. 43 (11): 3444 3454-.

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Bazhenov, M., Timofeev, I., Steriade, M., Sejnowski, TJ Modelo de oscilaciones del sueño de ondas lentas talamocorticales y transiciones a estados activados. (2002) Journal of Neuroscience. 22 (19): 8691 704-.

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Durante el sueño natural de ondas lentas (SWS) en gatos no anestesiados, los estados silenciosos (abajo) se alternan con estados activos (arriba); los estados de inactividad están ausentes durante el sueño y la vigilia con movimientos oculares rápidos. Las oscilaciones (<1 Hz) en SWS y la transformación a un estado despierto activado se investigaron con registros intracelulares in vivo y con modelos computacionales del sistema corticotalámico. La suma ocasional de los EPSP en miniatura durante la fase hiperpolarizada (silenciosa) de la oscilación SWS activó la corriente de sodio persistente y despolarizó la membrana de las células piramidales corticales (PY) lo suficiente como para generar picos. En el modelo, esto desencadenó la fase activa, que se mantuvo mediante la excitación lateral PY-PY y la corriente persistente de sodio. La depresión progresiva de las interconexiones excitatorias y la activación de la corriente de K+ dependiente de Ca2+ llevaron a la terminación de la actividad de 20-25 Hz después de 500-1000 mseg. La inclusión de neuronas talamocorticales (TC) y reticulares talámicas en el modelo aumentó la duración de las épocas activas hasta 1-1.5 segundos e introdujo secuencias de huso menguante. Se modeló un aumento en la actividad de la acetilcolina, que se asocia con estados activados, mediante la reducción de la corriente de fuga de K+ en las células PY y TC y mediante una disminución de las conductancias sinápticas PY-PY intracorticales. Estos cambios eliminaron las fases hiperpolarizantes de la actividad de la red y transformaron las neuronas corticales en disparos tónicos a 15-20 Hz. Durante la transición de SWS al estado activado, la resistencia de entrada de las neuronas corticales aumentó gradualmente y, en un estado completamente activado, alcanzó valores iguales o incluso más altos que durante las fases silenciosas de las oscilaciones SWS. El modelo describe muchas características esenciales de SWS y estados activados en el sistema talamocortical, así como la transición entre ellos.

Chan, K., Lee, TW, Sample, PA, Goldbaum, MH, Weinreb, RN, Sejnowski, TJ Comparación de aprendizaje automático y clasificadores tradicionales en el diagnóstico de glaucoma. (2002) IEEE Trans Biomed Ing. 49(9):963-74. DOI: 10.1109/TBME.2002.802012

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El glaucoma es una neuropatía óptica progresiva con cambios estructurales característicos en la cabeza del nervio óptico reflejados en el campo visual. La prueba de sensibilidad del campo visual se usa comúnmente en un entorno clínico para evaluar el glaucoma. La perimetría automatizada estándar (SAP) es una prueba de campo visual computarizada común cuyo resultado es apto para el aprendizaje automático. Comparamos el rendimiento de una serie de algoritmos de aprendizaje automático con la desviación media de los índices STATPAC, la desviación estándar del patrón y la desviación estándar del patrón corregido. Los algoritmos de aprendizaje automático estudiados incluyeron perceptrón multicapa (MLP), máquina de vectores de soporte (SVM) y análisis discriminante lineal (LDA) y cuadrático (QDA), ventana de Parzen, mezcla de gaussiana (MOG) y mezcla de gaussiana generalizada (MGG) . MLP y SVM son clasificadores que trabajan directamente en el límite de decisión y caen bajo el paradigma discriminativo. Los clasificadores generativos, que primero modelan la densidad de probabilidad de los datos y luego realizan la clasificación a través de la regla de Bayes, generalmente brindan una visión más profunda de la estructura del espacio de datos. Hemos aplicado las ventanas MOG, MGG, LDA, QDA y Parzen a la clasificación de glaucoma de SAP. El rendimiento de los diversos clasificadores se comparó por las áreas bajo sus curvas características operativas del receptor y por sensibilidades (tasas de verdaderos positivos) en especificidades seleccionadas (tasas de verdaderos negativos). Los clasificadores de tipo de aprendizaje automático mostraron un rendimiento mejorado sobre los mejores índices de STATPAC. La metodología de selección hacia adelante y eliminación hacia atrás mejoró aún más la tasa de clasificación y también tiene el potencial de reducir el tiempo de prueba al disminuir la cantidad de mediciones de ubicación del campo visual.

Salinas, E., Sejnowski, TJ Neuronas integradas y disparadas impulsadas por entradas estocásticas correlacionadas. (2002) Computación neuronal. 14 (9): 2111-2155. DOI: 10.1162/089976602320264024

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Chan, K., Lee, TW, Sejnowski, TJ Aprendizaje variacional de grupos de componentes independientes no simétricos incompletos. (2002) J Mach Aprenda Res. 3: 99-114.

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Lee, TW, Wachtler, T., Sejnowski, TJ La oponencia de color es una representación eficiente de las propiedades espectrales en escenas naturales. (2002) Investigación de la visión. 42 (17): 2095 2103-.

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Muestra, PA, Goldbaum, MH, Chan, K., Boden, C., Lee, TW, Vasile, C., Boehm, AG, Sejnowski, T., Johnson, California, Weinreb, RN Uso de clasificadores de aprendizaje automático para identificar antes cambios glaucomatosos en campos visuales estándar. (2002) Oftalmología investigativa y ciencia visual. 43 (8): 2660 2665-.

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Houweling, AR, Bazhenov, M., Timofeev, I., Grenier, F., Steriade, M., Sejnowski, TJ Respuestas de aumento de frecuencia selectiva por depresión sináptica a corto plazo en la neocorteza de gato. (2002) Revista de Fisiología. 542 (Pt 2): 599-617.

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Tiesinga, PH, Fellous, JM, Sejnowski, TJ La fiabilidad del atractor revela una estructura determinista en los trenes de espigas neuronales. (2002) Computación neuronal. 14 (7): 1629-1650. DOI: 10.1162/08997660260028647

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Timofeev, I., Grenier, F., Bazhenov, M., Houweling, AR, Sejnowski, TJ, Steriade, M. Plasticidad a corto y mediano plazo asociada con respuestas crecientes en placas y husos corticales en la corteza intacta de gatos in vivo. (2002) Revista de Fisiología. 542 (Pt 2): 583-598.

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Los cambios plásticos en la capacidad de respuesta sináptica de las neuronas neocorticales, que ocurren después de estímulos rítmicos dentro del rango de frecuencia de los husos del sueño (10 Hz), se investigaron en placas neocorticales aisladas y corteza intacta de gatos anestesiados por medio de registros intracelulares simultáneos únicos, dobles y triples. junto con registros de respuestas potenciales de campo local. En losas corticales aisladas (10 mm de largo, 6 mm de ancho y 4-5 mm de profundidad), las respuestas de aumento a los trenes de pulsos a 10 Hz (respuestas con amplitudes crecientes del segundo estímulo en un tren) fueron provocadas solo por una intensidad relativamente alta. estímulos A intensidades bajas, las respuestas fueron decrecientes. Las mayores respuestas de aumento se evocaron en las neuronas ubicadas cerca del sitio de estimulación. Los análisis cuantitativos del número de potenciales de acción y la amplitud y el área de despolarización durante el aumento de las respuestas en una población de neuronas registradas a partir de losas mostraron que los aumentos más dramáticos en el número de picos con estímulos sucesivos y el mayor aumento en la amplitud de despolarización, fueron que se encuentra en las neuronas de picos rápidos (FS) convencionales. El mayor aumento en el área de despolarización se encontró en las neuronas de pico regular (RS). Las grabaciones intracelulares duales de un par de neuronas FS y RS en la losa revelaron más potenciales de acción en la neurona FS durante el aumento de las respuestas y un aumento significativo en el área de despolarización de la neurona RS que dependía de la activación de la neurona FS. Las convulsiones autosostenidas podrían ocurrir en la losa después de estímulos rítmicos a 10 Hz. En la corteza intacta, las secuencias repetidas de estímulos que generan respuestas crecientes o husos espontáneos podrían inducir una mayor respuesta sináptica a estímulos únicos, que duró varios minutos. Se obtuvo un curso de tiempo similar de aumento de la capacidad de respuesta con la inducción de la plasticidad celular. Estos datos sugieren que el aumento de las respuestas provocadas por la estimulación, así como los husos que ocurren espontáneamente, pueden inducir la plasticidad a corto y mediano plazo de las respuestas neuronales.

Timofeev, I., Bazhenov, M., Sejnowski, T., Steriade, M. La corriente despolarizante activada por hiperpolarización cortical participa en la generación de actividades paroxísticas focales. (2002) Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América. 99(14):9533-9537. DOI: 10.1073/pnas.132259899

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Eagleman, DM, Sejnowski, TJ Desenredando las ilusiones espaciales de las temporales. (2002) Tendencias en las neurociencias. 25(6):293; respuesta del autor 294.

Wiskott, L., Sejnowski, TJ Análisis de características lentas: aprendizaje no supervisado de invariancias. (2002) Computación neuronal. 14 (4): 715-770. DOI: 10.1162/089976602317318938

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Duann, JR, Jung, TP, Kuo, WJ, Yeh, TC, Makeig, S., Hsieh, JC, Sejnowski, TJ Variabilidad de prueba única en señales BOLD relacionadas con eventos. (2002) Neuroimagen. 15(4):823-835. DOI: 10.1006/nimg.2001.1049

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La mayoría de los métodos de análisis actuales para datos de fMRI asumen un conocimiento a priori del curso temporal de la respuesta hemodinámica (HR) a estímulos o eventos experimentales en áreas cerebrales de interés. Además, por lo general asumen la homogeneidad de las señales de "ruido" de HR y no HR, tanto en las regiones del cerebro como en eventos experimentales similares. Cuando los recursos humanos varían de manera impredecible, de un área a otra o de un juicio a otro, se necesita un enfoque alternativo. Aquí, usamos el análisis de componentes independientes (ICA) de Infomax para detectar y visualizar variaciones en los HR de un solo ensayo en datos de fMRI relacionados con eventos. Seis sujetos participaron en cuatro sesiones de fMRI cada una en las que se presentaron diez ráfagas de estimulación de tablero de ajedrez parpadeante de 8 Hz durante 0.5 s (corta) o 3 s (larga) duraciones a intervalos de 30 s. Se adquirieron cinco cortes axiales mediante un generador de imágenes por resonancia magnética Bruker 3-T a intervalos entre escaneos de 500 ms (TR). La descomposición de ICA de los datos dependientes del nivel de oxigenación en sangre (BOLD) resultantes de cada sesión produjo un componente independiente activo en la corteza visual primaria (V1) y, en varias sesiones, otro activo en la corteza temporal medial (MT/V5). La visualización de conjuntos de épocas de respuesta BOLD con nuevos gráficos de imágenes BOLD demostró que los HR de los componentes variaban sustancialmente y, a menudo, sistemáticamente entre los ensayos, así como entre las sesiones, los sujetos y las áreas del cerebro. Contrariamente a lo esperado, en cuatro de los seis sujetos, la FC del componente V1 contenía dos picos positivos en respuesta a ráfagas de estímulo corto, mientras que los componentes con regiones de actividad casi idénticas en sesiones de estímulo largo de los mismos sujetos se asociaron con FC de pico único . Por lo tanto, ICA combinado con la visualización de imágenes BOLD puede revelar variaciones dramáticas e imprevistas de HR que no son evidentes para los investigadores que analizan sus datos con promedios de respuesta relacionados con eventos y plantillas de HR fijas.

Tiesinga, PH, Fellous, JM, José, JV, Sejnowski, TJ Transferencia de información en neuronas corticales encarriladas. (2002) Red. 13 (1): 41 66-.

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Makeig, S., Westerfield, M., Jung, TP, Enghoff, S., Townsend, J., Courchesne, E., Sejnowski, TJ Fuentes cerebrales dinámicas de respuestas evocadas visuales. (2002) Ciencia. 295 (5555): 690-4. DOI: 10.1126/ciencia.1066168

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Goldbaum, MH, Sample, PA, Chan, K., Williams, J., Lee, TW, Blumenthal, E., Girkin, CA, Zangwill, LM, Bowd, C., Sejnowski, T., Weinreb, RN Comparación de clasificadores de aprendizaje automático para el diagnóstico de glaucoma a partir de perimetría automatizada estándar. (2002) Oftalmología investigativa y ciencia visual. 43 (1): 162 9-.

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flash, t, Sejnowski, TJ Aproximaciones computacionales al control motor. (2001) Opinión actual en neurobiología. 11 (6): 655 62-.

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Destexhe, A., Rudolph, M., Fellous, JM, Sejnowski, TJ Las conductancias sinápticas fluctuantes recrean una actividad similar a la in vivo en las neuronas neocorticales. (2001) Neurociencia. 107 (1): 13 24-.

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Jung, TP, Makeig, S., Westerfield, M., Townsend, J., Courchesne, E., Sejnowski, TJ Análisis y visualización de potenciales relacionados con eventos de un solo ensayo. (2001) Hum Brain Mapp. 14 (3): 166 85-.

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En este estudio, se aplica una técnica de descomposición lineal, análisis de componentes independientes (ICA), a datos de EEG multicanal de prueba única de experimentos de potencial relacionado con eventos (ERP). Los filtros espaciales derivados de ICA separan ciegamente los datos de entrada en una suma de componentes fijos espacialmente y temporalmente independientes que surgen de fuentes cerebrales o extracerebrales distintas o superpuestas. Tanto los datos como su descomposición se muestran utilizando una nueva herramienta de visualización, la "imagen ERP", que puede caracterizar claramente las variaciones de un solo ensayo en las amplitudes y latencias de las respuestas evocadas, particularmente cuando se clasifican por una variable fisiológica o de comportamiento relevante. Estas herramientas se utilizaron para analizar datos de un experimento de atención selectiva visual en 28 sujetos de control más 22 pacientes neurológicos cuyos registros de EEG estaban muy contaminados con parpadeo y otros artefactos del movimiento ocular. Los resultados muestran que ICA puede separar las actividades de EEG de fondo de artefactos, bloqueadas por estímulos, bloqueadas por respuesta y no relacionadas con eventos en componentes separados, una taxonomía que no se obtiene de los enfoques convencionales de promediación de señales. Este método permite: (1) la eliminación de artefactos generalizados de todo tipo de los registros de EEG de un solo ensayo, (2) la identificación y segregación de los componentes del EEG bloqueados por estímulo y respuesta, (3) el examen de las diferencias en las respuestas de un solo ensayo y (4) separación de actividades oscilatorias EEG temporalmente distintas pero superpuestas espacialmente con distintas relaciones con los eventos de la tarea. Los métodos propuestos también permiten investigar directamente la interacción entre los ERP y el EEG en curso. Estudiamos la estabilidad del componente entre sujetos de la descomposición de ICA de épocas de EEG de un solo ensayo mediante la agrupación de componentes con mapas de cuero cabelludo y espectros de potencia de activación similares. Los componentes que explican los parpadeos, los movimientos oculares, la actividad de los músculos temporales, los potenciales relacionados con eventos y las actividades alfa moduladas por eventos se replicaron en gran medida entre los sujetos. La aplicación de la visualización de imágenes ICA y ERP al análisis de conjuntos de ensayos individuales de experimentos EEG (o MEG) relacionados con eventos puede aumentar la información disponible de los datos ERP (o ERF).

Salinas, E., Sejnowski, TJ Modulación de ganancia en el sistema nervioso central: donde se encuentran el comportamiento, la neurofisiología y la computación. (2001) El Neurocientífico. 7 (5): 430-40. DOI: 10.1177/107385840100700512

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Rao, RP, Sejnowski, TJ Aprendizaje predictivo de secuencias temporales en circuitos neocorticales recurrentes. (2001) Novartis encontrado. Síntoma 239:208-229; discussion 229-240.

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Jung, TP, Makeig, S., McKeown, MJ, Bell, AJ, Lee, TW, Sejnowski, TJ Imágenes de la dinámica del cerebro mediante el análisis de componentes independientes. (2001) Actas del IEEE. Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos. 89 (7): 1107-1122. DOI: 10.1109/5.939827

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Pouget, A., Sejnowski, TJ Simulación de una lesión en un modelo de función base de representaciones espaciales: comparación con heminegligencia. (2001) Psychol Rev. 108 (3): 653 73-.

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Tiesinga, PH, Fellous, JM, José, JV, Sejnowski, TJ Modelo computacional de oscilaciones delta, theta y gamma inducidas por carbacol en el hipocampo. (2001) Hipocampo. 11(3):251-274. DOI: 10.1002/hipo.1041

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Rao, RP, Eagleman, DM, Sejnowski, TJ Suavizado óptimo en la percepción del movimiento visual. (2001) Computación neuronal. 13 (6): 1243 53-.

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Tiesinga, PH, Sejnowski, TJ Precisión de las redes de impulsos acoplados de neuronas integradas y disparadas. (2001) Red. 12 (2): 215 33-.

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Bazhenov, M., Stopfer, M., Rabinovich, M., Abarbanel, HD, Sejnowski, TJ, Laurent, G. Modelo de mecanismos celulares y de red para patrones temporales evocados por olores en el lóbulo antenal de la langosta. (2001) Neuron. 30 (2): 569 81-.

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Bazhenov, M., Stopfer, M., Rabinovich, M., Huerta, R., Abarbanel, HD, Sejnowski, TJ, Laurent, G. Modelo de sincronización oscilatoria transitoria en el lóbulo antenal de la langosta. (2001) Neuron. 30 (2): 553 567-.

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Wachtler, T., Albright, TD, Sejnowski, TJ Interacciones no locales en la percepción del color: procesamiento no lineal de señales cromáticas de inductores remotos. (2001) Investigación de la visión. 41 (12): 1535 1546-.

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Fellous, JM, Houweling, AR, Modi, RH, Rao, RP, Tiesinga, PH, Sejnowski, TJ Dependencia de frecuencia de la fiabilidad del tiempo de pico en células piramidales corticales e interneuronas. (2001) Revista de Neurofisiología. 85 (4): 1782 1787-.

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Vissel, B., Royle, GA, Christie, BR, Schiffer, HH, Ghetti, A., Tritto, T., Perez-Otano, I., Radcliffe, RA, Seamans, J., Sejnowski, T., Wehner, JM, Collins, AC, O'Gorman, S., Heinemann, SF El papel de la edición de ARN de los receptores de kainato en la plasticidad sináptica y las convulsiones. (2001) Neuron. 29 (1): 217 227-.

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Brown, GD, Yamada, S., Sejnowski, TJ Análisis de componentes independientes en el cóctel neuronal. (2001) Tendencias en las neurociencias. 24 (1): 54 63-.

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Seamans, JK, Durstewitz, D., Christie, BR, Stevens, CF, Sejnowski, TJ Modulación del receptor de dopamina D1/D5 de entradas sinápticas excitatorias a las neuronas de la corteza prefrontal de la capa V. (2001) Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América. 98(1):301-306. DOI: 10.1073/pnas.011518798

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Tiesinga, PH, José, JV, Sejnowski, TJ Comparación de neuronas modelo neocorticales impulsadas por corriente y por conductancia con canales dependientes de voltaje de Hodgkin-Huxley. (2000) Phys Rev E Stat Phys Plasmas Fluidos Relat Temas interdisciplinarios. 62(6 Parte B):8413-8419.

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Durante los períodos de somnolencia, el desempeño de las tareas que requieren atención continua se vuelve intermitente. Anteriormente, informamos que durante los períodos de somnolencia de rendimiento intermitente, 7 de 10 participantes que realizaban una tarea de detección auditiva exhibieron episodios de falta de respuesta que duraron alrededor de 18 s (Makeig y Jung, 1996). Además, los patrones de tiempo de estos episodios se repitieron con precisión en sesiones posteriores. Los ciclos de 18 s estuvieron acompañados de cambios de potencia compensados dentro de dos bandas de frecuencia en el vértice EEG (cerca de 4 Hz y alrededor de 40 Hz). En el presente experimento, se examinaron los patrones de rendimiento y los espectros EEG simultáneos en cuatro participantes que realizaban una tarea de seguimiento compensatorio visomotor continuo en períodos de 15 a 20 minutos durante un estudio de privación de sueño de 42 horas. Durante los períodos de buen desempeño, los participantes realizaron movimientos compensatorios con el trackball aproximadamente dos veces por segundo, intentando mantener un disco objetivo cerca de un anillo central. Las autocorrelaciones de series de tiempo que representan la distancia del disco de destino desde el centro del anillo mostraron que durante los períodos de bajo rendimiento aparecieron de nuevo ciclos marcados de cerca de 18 s en el rendimiento. Hubo fases de rendimiento deficiente o ausente acompañadas de un aumento en la potencia del EEG que fue mayor a 3-4 Hz. Estos estudios muestran que en humanos somnolientos, la apertura y el cierre de las puertas de la conciencia del comportamiento no están marcados por la aparición de husos de sueño (12-14 Hz), sino por cambios prominentes en la amplitud del EEG en la banda theta baja. Además, tanto el EEG como los cambios de comportamiento durante la somnolencia a menudo presentan ciclos estereotipados de 18 s.

Christie, BR, Franks, KM, Seamans, JK, Saga, K., Sejnowski, TJ Plasticidad sináptica en interneuronas del estrato radiatum CA1 identificadas morfológicamente y células gigantes de proyección. (2000) Hipocampo. 10(6):673-683. DOI: 10.1002/1098-1063(2000)10:6<673::AID-HIPO1005>3.0.

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Timofeev, I., Grenier, F., Bazhenov, M., Sejnowski, TJ, Steriade, M. Origen de las oscilaciones corticales lentas en losas corticales desafermentadas. (2000) Corteza cerebral . 10 (12): 1185 1199-.

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Durstewitz, D., Seamans, JK, Sejnowski, TJ Modelos neurocomputacionales de la memoria de trabajo. (2000) Neurociencia de la naturaleza. 3 Suplemento: 1184-91. DOI: 10.1038/81460

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Jung, TP, Makeig, S., Westerfield, M., Townsend, J., Courchesne, E., Sejnowski, TJ Eliminación de artefactos de actividad ocular de potenciales relacionados con eventos visuales en sujetos normales y clínicos. (2000) Clin Neurophysiol. 111 (10): 1745 58-.

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Bazhenov, M., Timofeev, I., Steriade, M., Sejnowski, T. La actividad de picos y estallidos en el núcleo reticular talámico inicia secuencias de oscilaciones del huso en las redes talámicas. (2000) Revista de Neurofisiología. 84 (2): 1076 87-.

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Salinas, E., Sejnowski, TJ Impacto de la entrada sináptica correlacionada en la tasa de disparo de salida y la variabilidad en modelos neuronales simples. (2000) Journal of Neuroscience. 20 (16): 6193 209-.

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Las neuronas corticales suelen estar impulsadas por miles de entradas sinápticas. La llegada de un pico de una entrada puede o no estar correlacionada con la llegada de otros picos de diferentes entradas. ¿Cómo altera esta interdependencia la probabilidad de que la neurona postsináptica se dispare? Construimos un modelo de paseo aleatorio simple en el que el potencial de membrana de una neurona objetivo fluctúa estocásticamente, impulsado por picos de excitación e inhibición que llegan en momentos aleatorios. Se derivó una expresión analítica para la tasa de activación de salida media en función de las tasas de activación y las correlaciones por pares de las entradas. Este modelo estocástico hizo tres predicciones cuantitativas. (1) Las correlaciones entre pares de entradas excitatorias o inhibitorias aumentan las fluctuaciones en el impulso sináptico, mientras que las correlaciones entre pares excitatorios-inhibidores las disminuyen. (2) Cuando la excitación y la inhibición están totalmente equilibradas (el impulso sináptico neto medio es cero), las fluctuaciones provocan únicamente la activación. (3) En el caso equilibrado, el disparo es irregular. Estas predicciones teóricas estaban en excelente acuerdo con las simulaciones de una neurona de integración y disparo que incluía múltiples conductancias y recibía cientos de entradas sinápticas. Los resultados muestran que, en régimen balanceado, las débiles correlaciones causadas por señales compartidas entre entradas pueden tener un efecto multiplicador en la curva de tasa de entrada-salida de una neurona postsináptica, es decir, pueden regular su ganancia; en el régimen desequilibrado, las correlaciones pueden aumentar la probabilidad de disparo principalmente alrededor del umbral, cuando la tasa de salida es baja; y en todos los casos se espera que las correlaciones aumenten la variabilidad del tren de picos de salida.

Krekelberg, B., Lappe, M., Whitney, D., Cavanagh, P., Eagleman, DM, Sejnowski, TJ La posición de los objetos en movimiento. (2000) Ciencia. 289 (5482): 1107a. DOI: 10.1126/ciencia.289.5482.1107a

Makeig, S., Enghoff, S., Jung, TP, Sejnowski, TJ Una base natural para un control eficiente activado por el cerebro. (2000) IEEE Trans Rehabil Ing. 8 (2): 208 11-.

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Zhang, K., Sejnowski, TJ Una ley de escala universal entre la materia gris y la materia blanca de la corteza cerebral. (2000) Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América. 97(10):5621-6. DOI: 10.1073/pnas.090504197

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Paulsen, O., Sejnowski, TJ Patrones naturales de actividad y plasticidad sináptica a largo plazo. (2000) Opinión actual en neurobiología. 10 (2): 172 9-.

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Fellus, JM, Sejnowski, TJ Inducción colinérgica de oscilaciones en el corte del hipocampo en las bandas lenta (0.5-2 Hz), theta (5-12 Hz) y gamma (35-70 Hz). (2000) Hipocampo. 10(2):187-97. DOI: 10.1002/(SICI)1098-1063(2000)10:2<187::AID-HIPO8>3

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Jung, TP, Makeig, S., Humphries, C., Lee, TW, McKeown, MJ, Iragui, V., Sejnowski, TJ Eliminación de artefactos electroencefalográficos mediante separación ciega de fuentes. (2000) Psicofisiologia 37 (2): 163 78-.

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Los movimientos oculares, los parpadeos, las señales cardíacas, el ruido muscular y el ruido de línea presentan serios problemas para la interpretación y el análisis electroencefalográfico (EEG) cuando el rechazo de segmentos de EEG contaminados da como resultado una pérdida de datos inaceptable. Se han propuesto muchos métodos para eliminar los artefactos de las grabaciones de EEG, especialmente los que surgen de los movimientos oculares y los parpadeos. A menudo, la regresión en el dominio del tiempo o de la frecuencia se realiza en registros paralelos de EEG y electrooculográficos (EOG) para derivar parámetros que caracterizan la aparición y propagación de artefactos de EOG en los canales de EEG. Debido a que el EEG y la actividad ocular se mezclan bidireccionalmente, la regresión de los artefactos oculares inevitablemente implica también sustraer las señales EEG relevantes de cada registro. Los métodos de regresión se vuelven aún más problemáticos cuando no se dispone de un buen canal de regresión para cada fuente de artefacto, como en el caso de los artefactos musculares. Se ha propuesto el uso del análisis de componentes principales (PCA) para eliminar los artefactos oculares del EEG multicanal. Sin embargo, PCA no puede separar completamente los artefactos oculares de las señales cerebrales, especialmente cuando tienen amplitudes comparables. Aquí, proponemos un método nuevo y de aplicación general para eliminar una amplia variedad de artefactos de los registros de EEG basados en la separación de fuentes ciegas mediante el análisis de componentes independientes (ICA). Nuestros resultados sobre los datos de EEG recopilados de sujetos normales y autistas muestran que ICA puede detectar, separar y eliminar eficazmente la contaminación de una amplia variedad de fuentes de artefactos en los registros de EEG con resultados que se comparan favorablemente con los obtenidos mediante métodos de regresión y PCA. ICA también se puede utilizar para analizar la actividad cerebral relacionada con el parpadeo.

Eagleman, DM, Sejnowski, TJ Integración de movimiento y posdicción en la conciencia visual. (2000) Ciencia. 287 (5460): 2036 8-.

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Durstewitz, D., Seamans, JK, Sejnowski, TJ Estabilización mediada por dopamina de la actividad del período de retraso en un modelo de red de la corteza prefrontal. (2000) Revista de Neurofisiología. 83 (3): 1733 50-.

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La corteza prefrontal (PFC) está críticamente involucrada en la memoria de trabajo, que subyace en el comportamiento guiado por la memoria y dirigido a un objetivo. Durante las tareas de la memoria de trabajo, las neuronas de la PFC exhiben una actividad elevada sostenida, lo que puede reflejar la retención activa de información relacionada con el objetivo o la preparación de las próximas acciones. La dopamina a través del receptor D1 modula fuertemente tanto esta actividad sostenida (período de retraso) como el desempeño conductual en tareas de memoria de trabajo. Sin embargo, la función de la dopamina durante la actividad del período de retraso y los mecanismos neurales subyacentes son poco conocidos. Recientemente, propusimos que la dopamina podría estabilizar las representaciones neuronales activas en los circuitos PFC durante las tareas que involucran la memoria de trabajo y hacerlas robustas contra los estímulos y el ruido que interfieren. Para probar aún más esta idea y examinar las corrientes iónicas moduladas por dopamina que podrían dar lugar a una mayor estabilidad de las representaciones neuronales, desarrollamos un modelo de red de la PFC que consta de neuronas multicompartimentales equipadas con cinética de canal similar a la de Hodgkin-Huxley que podría reproducirse en células enteras in vitro y grabaciones in vivo de neuronas PFC. Los efectos dopaminérgicos sobre las conductancias iónicas y sinápticas intrínsecas se implementaron en el modelo basado en datos in vitro. La dopamina simulada mejoró fuertemente la actividad alta de tipo retardado pero no la actividad espontánea baja en la red modelo. Además, la fuerza de una estimulación aferente necesaria para interrumpir la actividad de tipo retardado aumentó con la magnitud de los cambios inducidos por la dopamina en los parámetros de la red, lo que hace que la representación actualmente activa sea mucho más estable. La estabilidad podría incrementarse mediante mejoras inducidas por dopamina de las conductancias persistentes de Na(+) y N-metil-D-aspartato (NMDA). La estabilidad también fue mejorada por una reducción en las conductancias de AMPA. El aumento en las conductancias de GABA(A) que ocurre después de la estimulación de los receptores dopaminérgicos D1 fue necesario en este contexto para prevenir cambios espontáneos e incontrolados a estados de alta actividad (es decir, activación espontánea de representaciones irrelevantes para la tarea). En conclusión, los cambios inducidos por la dopamina en las propiedades biofísicas de las conductancias iónicas y sinápticas intrínsecas actuaron conjuntamente para aumentar en gran medida la estabilidad de las representaciones activadas en las redes PFC y, al mismo tiempo, retener el control sobre el comportamiento de la red y, por lo tanto, preservar su capacidad para responder adecuadamente a la tarea. -estímulos relacionados. Las predicciones del modelo se pueden probar in vivo mediante la aplicación local de antagonistas específicos del receptor D1, NMDA o GABA(A) mientras se registran las neuronas de PFC en tareas de tipo de reacción retardada con estímulos que interfieren.

Moortgat, KT, Bullock, TH, Sejnowski, TJ Efectos de la unión gap en la precisión y la frecuencia de una red modelo de marcapasos. (2000) Revista de Neurofisiología. 83 (2): 984 97-.

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Investigamos la precisión de la sincronización de los picos en un modelo de neuronas oscilatorias acopladas a uniones gap. El modelo incorporó la fisiología, la morfología y la conectividad conocidas del núcleo del marcapasos (Pn) de alta frecuencia y extremadamente preciso del pez débilmente eléctrico. Se modelaron dos clases de neuronas, células de marcapasos y de relevo, cada una con dos compartimentos que contenían corrientes de sodio y potasio de Hodgkin-Huxley. Células de marcapasos aisladas disparadas periódicamente, debido a una inyección de corriente constante; las células de retransmisión estaban en silencio pero ligeramente despolarizadas en reposo. Cuando se acoplaba mediante uniones comunicantes a otras neuronas, una neurona modelo, como su correlato biológico, se disparaba a frecuencias y amplitudes que eran en gran medida independientes de las inyecciones de corriente. La distribución de fase en la red era lábil a las inyecciones de corriente intracelular ya los cambios de conductancia de la unión gap. El modelo predice una conductancia de unión gap biológicamente plausible de 4-5 nS (200-250 MOmega). Esto da como resultado un coeficiente de acoplamiento de aproximadamente 0.02, como se observa in vitro. Se variaron los parámetros de la red para probar lo que podría mejorar la precisión temporal de las oscilaciones. El aumento de las conductancias de unión gap y un mayor número de celdas (manteniendo constante la conductancia total de unión por celda) redujeron sustancialmente el coeficiente de variación (CV = desviación estándar/media) de los tiempos de pico de celda de relé en un 74-85 % y más, y lo hicieron con menor conductancia de unión gap cuando las células se pusieron en contacto axónicamente en comparación con somáticamente. El CV de la célula de marcapasos solo se redujo cuando se incrementó la probabilidad de contacto, y luego solo moderadamente: un aumento de cinco veces en la probabilidad de contacto redujo el CV en un 35 %. Concluimos que las uniones comunicantes facilitan la sincronización, pueden reducir el CV, son más eficaces entre axones y que las células marcapasos deben tener un CV intrínseco bajo para explicar el CV bajo de las células en la red biológica.

Moortgat, KT, Bullock, TH, Sejnowski, TJ Precisión del núcleo del marcapasos en un pez débilmente eléctrico: red versus influencias celulares. (2000) Revista de Neurofisiología. 83 (2): 971 83-.

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Investigamos la influencia relativa de las propiedades celulares y de la red en la precisión extrema de sincronización de los picos observada en el núcleo del marcapasos medular (Pn) del pez débilmente eléctrico Apteronotus leptorhynchus. De todos los ritmos biológicos conocidos, la descarga de órganos eléctricos de esta especie y otras relacionadas es la más precisa temporalmente, con un coeficiente de variación (CV = desviación estándar/período medio) de 2 x 10(-4) y una desviación estándar (SD) de 0.12-1.0 micras. El momento de la descarga del órgano eléctrico está comandado por las neuronas del Pn, cuyas células individuales mostramos en una preparación in vitro que tienen solo un grado de precisión ligeramente menor. Entre las 100-150 neuronas Pn, la inyección de tinte en una célula de marcapasos dio como resultado un acoplamiento de tinte en una a cinco células de marcapasos y de una a tres células de relevo, en consonancia con los resultados anteriores. Sin embargo, los rellenos de celdas de relevo mostraron abundantes dendritas y contactos nunca antes vistos: dendritas de celdas de relevo acopladas mediante tinte a uno a siete marcapasos y de una a siete celdas de relevo. La inyección de corriente intracelular moderada (0.1-10 nA) no tuvo ningún efecto sobre el período de pico de una neurona, y solo moduló ligeramente su amplitud de pico, pero pudo restablecer la fase de pico. Por el contrario, las inyecciones masivas de corriente hiperpolarizante (15-25 nA) podrían obligar a la célula a saltar picos. La sincronización relativa de los picos subumbrales y completos sugirió que es probable que al menos algunas células de marcapasos sean osciladores intrínsecos. Las amplitudes relativas del subumbral y los picos completos dieron un límite inferior al coeficiente de acoplamiento de la unión gap de 0.01-0.08. Tres fármacos, llamados bloqueadores de enlaces gap por su modo de acción en otras preparaciones, provocaron una reducción inmediata y sustancial de la frecuencia, alteraron el desfase entre pares de neuronas y, más tarde, provocaron una caída de la amplitud del pico, sin alterar la precisión del tiempo del pico. Por lo tanto, concluimos que la alta precisión del ritmo normal de Pn no requiere conductancias máximas de unión comunicante entre neuronas que tienen una precisión celular ordinaria. Más bien, la precisión de los picos se puede explicar como una propiedad celular intrínseca, mientras que las uniones gap actúan bloqueando la frecuencia y la fase de las oscilaciones de la red.

Lewicki, MS, Sejnowski, TJ Aprendizaje de representaciones sobrecompletas. (2000) Computación neuronal. 12 (2): 337 65-.

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Murthy, VN, Sejnowski, TJ, Stevens, CF Dinámica de los transitorios de calcio dendrítico provocados por la liberación cuántica en las sinapsis excitatorias del hipocampo. (2000) Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América. 97 (2): 901 6-.

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Sejnowski, TJ El libro de Hebb. (1999) Neuron. 24 (4): 773 6-.

van Praag, H., Christie, BR, Sejnowski, TJ, calibre, FH Correr mejora la neurogénesis, el aprendizaje y la potenciación a largo plazo en ratones. (1999) Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América. 96 (23): 13427 31-.

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McKeown, MJ, Humphries, C., Iragui, V., Sejnowski, TJ Los patrones espacialmente fijos explican las características de pico y onda en las crisis de ausencia. (1999) Cerebro Topogr. 12 (2): 107 16-.

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A pesar de los datos genéticos, morfológicos y experimentales in vivo que implican anomalías fijas en pacientes con crisis de ausencia, los intentos de encontrar características altamente consistentes en el patrón de picos y ondas de 3 Hz registrados durante las crisis secuenciales del mismo sujeto han fracasado en gran medida. Utilizamos una nueva técnica de descomposición de datos llamada Análisis de componentes independientes (ICA) para separar múltiples episodios de picos y ondas en el EEG registrado de cinco sujetos con crisis de ausencia en múltiples componentes consistentes. Cada componente correspondía a una forma de onda temporalmente independiente y una distribución espacial fija. Casi todos los componentes separados por el algoritmo ICA tenían distribuciones espaciales superpuestas, en gran parte frontales. El análisis desenmascaró de 5 a 8 componentes de cada sujeto que se activaron consistentemente en todas las convulsiones, sin que se detectaran componentes que fueran activados selectivamente por una convulsión y no por otra. Las características de "punta" y "onda" observadas en el EEG de cada sujeto fueron separadas por el algoritmo ICA en dos o más componentes. Otros componentes estaban activos solo al comienzo de cada convulsión o estaban relacionados con la actividad cerebral en curso que no estaba directamente relacionada con el patrón de picos y ondas de 3 Hz. Por el contrario, los patrones espaciales seleccionados al azar utilizados para la descomposición de datos dieron como resultado componentes que no eran informativos, similar a simplemente cambiar el montaje para ver el EEG. Nuestros resultados sugieren que, a pesar de la variabilidad descrita previamente en el EEG sin procesar, ciertas distribuciones espaciales de activación altamente específicas son reproducibles en las convulsiones. Estos pueden reflejar actividad cerebral ictal y no ictal que activa constantemente el mismo grupo de neuronas.

Donato, G., Bartlett, MS, Hager, JC, Ekman, P., Sejnowski, TJ Clasificación de las acciones faciales. (1999) IEEE Trans Patrón Anal Mach Intel. 21 (10): 974. DOI: 10.1109/34.799905

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Lehky, SR, Sejnowski, TJ Ver blanco: Qualia en el contexto de decodificación de códigos de población. (1999) Computación neuronal. 11 (6): 1261 80-.

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Makeig, S., Westerfield, M., Townsend, J., Jung, TP, Courchesne, E., Sejnowski, TJ Componentes funcionalmente independientes de potenciales tempranos relacionados con eventos en una tarea de atención visoespacial. (1999) Filosofía Trans. R. Soc. Lond., B, Biol. ciencia 354 (1387): 1135-44. DOI: 10.1098/rstb.1999.0469

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La atención visual espacial modula la primera desviación negativa en el potencial relacionado con eventos (ERP) promediado humano en respuesta a estímulos visuales objetivo y no objetivo (el complejo N1). Aquí demostramos una descomposición de N1 en subcomponentes funcionalmente independientes con relaciones funcionalmente distintas a las condiciones de tarea y estímulo. Se recopilaron ERP de 20 sujetos en respuesta a estímulos visuales objetivo y no objetivo presentados en cinco ubicaciones de pantalla atendidas y no atendidas. El análisis de componentes independientes, un nuevo método para la separación ciega de fuentes, se entrenó simultáneamente en respuestas de gran promedio de 500 ms de las 25 condiciones de estímulo-atención y descompuso los complejos N1 no objetivo en cinco componentes espacialmente fijos, temporalmente independientes y fisiológicamente plausibles. La actividad de un par de componentes lateralmente simétricos tempranos (N1aR y N1aL) fue evocada por los estímulos del campo visual izquierdo y derecho, respectivamente. El componente N1aR alcanzó su punto máximo ca. 9 ms antes que N1aL. Los estímulos centrales evocaron ambos componentes con la misma diferencia de latencia máxima, produciendo una distribución de cuero cabelludo bilateral. Las amplitudes de estos componentes no fueron aumentadas de manera confiable por la atención espacial. Los estímulos en el campo visual derecho evocaron actividad en un componente bilateral superpuesto espacio-temporalmente (N1b) que alcanzó su punto máximo en ca. 180 ms y fue fuertemente realzado por la atención. Los estímulos presentados en lugares desatendidos evocaron un cuarto componente (P2a) con un pico de cerca de 240 ms. Un quinto componente (P3f) fue evocado solo por objetivos presentados en cualquiera de los campos visuales. Los distintos patrones de respuesta de estos componentes en toda la gama de estímulos y condiciones de atención sugieren que reflejan actividad en sistemas cerebrales funcionalmente independientes involucrados en el procesamiento de eventos visuoespaciales atendidos y desatendidos.

Zhang, K., Sejnowski, TJ Una teoría de restricciones geométricas sobre la actividad neuronal para el movimiento tridimensional natural. (1999) Journal of Neuroscience. 19 (8): 3122 45-.

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Makeig, S., Westerfield, M., Jung, TP, Covington, J., Townsend, J., Sejnowski, TJ, Courchesne, E. Componentes funcionalmente independientes del potencial tardío positivo relacionado con eventos durante la atención visoespacial. (1999) Journal of Neuroscience. 19 (7): 2665 80-.

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Se registraron potenciales humanos relacionados con eventos (ERP) de 10 sujetos a los que se les presentaron estímulos visuales objetivo y no objetivo en cinco ubicaciones de pantalla y respondieron a los objetivos presentados en una de las ubicaciones. Los complejos de respuesta positiva tardía de 25 a 75 formas de onda promedio ERP de las dos condiciones de la tarea se analizaron simultáneamente con el análisis de componentes independientes, un nuevo método computacional para separar a ciegas señales mixtas lineales. Se identificaron tres componentes espacialmente fijos, temporalmente independientes, conductualmente relevantes y fisiológicamente plausibles sin referencia a picos en formas de onda de un solo canal. Un componente frontoparietal novedoso (P3f) comenzó aproximadamente a los 140 ms y alcanzó su punto máximo, en los respondedores más rápidos, al inicio del comando motor. La distribución del cuero cabelludo de P3f parecía consistente con las regiones del cerebro activadas durante la orientación espacial en experimentos de imágenes funcionales. Un componente grande de latencia más larga (P3b), positivo sobre la corteza parietal, fue seguido por un componente de potencial posmotor (Pmp) que alcanzó su punto máximo 200 mseg después de presionar el botón e invirtió la polaridad cerca del surco central. Un cuarto componente asociado con una positividad no objetivo frontocentral izquierda (Pnt) fue evocado principalmente por distractores similares a objetivos presentados en la ubicación atendida. Cuando no se presentaron distractores, las respuestas de cinco sujetos que respondieron más rápido contenían los componentes P3f más grande y Pmp más pequeño; cuando se incluyeron distractores, un componente Pmp apareció solo en las respuestas de los cinco sujetos que respondieron más lentamente. Las relaciones directas entre las amplitudes de los componentes, las latencias y las respuestas de comportamiento, además de las similitudes entre las distribuciones del cuero cabelludo de los componentes y las activaciones regionales informadas en los experimentos de imágenes cerebrales funcionales, sugieren que P3f, Pmp y Pnt miden el curso temporal y la fuerza de procesos cerebrales funcionalmente distintos.

Bartlett, MS, Hager, JC, Ekman, P., Sejnowski, TJ Medición de expresiones faciales mediante análisis de imágenes por computadora. (1999) Psicofisiologia 36 (2): 253 63-.

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Bazhenov, M., Timofeev, I., Steriade, M., Sejnowski, TJ Actividad rítmica autosostenida en el núcleo reticular talámico mediada por potenciales receptores GABAA despolarizantes. (1999) Neurociencia de la naturaleza. 2 (2): 168-74. DOI: 10.1038/5729

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Lee, TW, Girolami, M., Sejnowski, TJ Análisis de componentes independientes usando un algoritmo infomax extendido para fuentes mixtas subgaussianas y supergaussianas. (1999) Computación neuronal. 11 (2): 417 41-.

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Ernst, U., Pawelzik, K., Tsodyks, M., Sejnowski, TJ Relación entre mapas retinotópicos y de orientación en la corteza visual. (1999) Computación neuronal. 11 (2): 375 9-.

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Zhang, K., Sejnowski, TJ Sintonización neuronal: ¿afinar o ampliar? (1999) Computación neuronal. 11 (1): 75 84-.

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McKeown, MJ, Humphries, C., Achermann, P., Borbély, AA, Sejnowski, TJ Un nuevo método para detectar cambios de estado en el EEG: aplicación exploratoria a los datos del sueño. (1998) Journal of Sleep Research. 7 Suplemento 1:48-56.

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Bartlett, MS, Sejnowski, TJ Aprendizaje de representaciones faciales invariantes desde el punto de vista a partir de la experiencia visual en una red de atracción. (1998) Red. 9 (3): 399 417-.

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McKeown, MJ, Makeig, S., Brown, GG, Jung, TP, Kindermann, SS, Bell, AJ, Sejnowski, TJ Análisis de datos de fMRI por separación ciega en componentes espaciales independientes. (1998) Hum Brain Mapp. 6 (3): 160 88-.

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Las técnicas analíticas actuales aplicadas a los datos de imágenes de resonancia magnética funcional (fMRI) requieren un conocimiento a priori o suposiciones específicas sobre los cursos de tiempo de los procesos que contribuyen a las señales medidas. Aquí describimos un nuevo método para analizar datos de fMRI basado en el algoritmo de análisis de componentes independientes (ICA) de Bell y Sejnowski ([1995]: Neural Comput 7: 1129-1159). Descomponemos ocho conjuntos de datos de fMRI de 4 sujetos normales que realizan la denominación de color Stroop, la tarea de trabajo/número de Brown y Peterson y las tareas de control en componentes espacialmente independientes. Cada componente constaba de valores de vóxel en ubicaciones tridimensionales fijas (un "mapa" de componente) y un curso de activación de tiempo único asociado. Dados los datos de 144 puntos de tiempo recopilados durante una prueba de 6 minutos, ICA extrajo un número igual de componentes espacialmente independientes. En los ocho ensayos, ICA derivó uno y solo un componente con un curso temporal que coincidía estrechamente con el curso temporal de alternancias de 40 segundos entre tareas experimentales y de control. Las regiones de máxima actividad en estos componentes consistentemente relacionados con la tarea generalmente se superponen a las regiones activas detectadas por análisis correlacional estándar, pero incluyen regiones frontales no detectadas por correlación. Los cursos de tiempo de otros componentes de ICA estaban relacionados con la tarea de manera transitoria, eran cuasiperiódicos o variaban lentamente. Al utilizar estadísticas de orden superior para imponer criterios cada vez más estrictos para la independencia espacial entre mapas de componentes, tanto el algoritmo ICA como una técnica de descomposición de cuarto orden relacionada (Comon [1994]: Signal Processing 36:11-20) fueron superiores al análisis de componentes principales. (PCA) para determinar la extensión espacial y temporal de la activación relacionada con la tarea. Para cada sujeto, los cursos de tiempo y las regiones activas de los componentes ICA relacionados con la tarea fueron consistentes en todos los ensayos y fueron robustos a la adición de ruido simulado. El algoritmo separó claramente el artefacto de movimiento simulado y las activaciones relacionadas con tareas simuladas agregadas a los datos reales de fMRI. ICA se puede utilizar para distinguir entre componentes de señal, movimientos y otros artefactos no relacionados con tareas, así como activaciones de fMRI relacionadas con tareas de manera constante o transitoria, basándose solo en suposiciones débiles sobre sus distribuciones espaciales y sin suposiciones a priori sobre sus cursos de tiempo. ICA parece ser un método muy prometedor para el análisis de datos de fMRI de poblaciones normales y clínicas, especialmente para descubrir patrones transitorios impredecibles de actividad cerebral asociados con el desempeño de tareas psicomotoras.

Lin, JK, Pawelzik, K., Ernst, U., Sejnowski, TJ Actividad sincrónica irregular en redes acopladas estocásticamente de neuronas de integración y disparo. (1998) Red. 9 (3): 333 44-.

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Gray, MS, Pouget, A., Zemel, RS, Nowlan, SJ, Sejnowski, TJ Estimación fiable de la disparidad mediante integración selectiva. (1998) Neurociencia Visual. 15 (3): 511 28-.

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Moortgat, KT, Keller, CH, Bullock, TH, Sejnowski, TJ La precisión del marcapasos en submicrosegundos se modula conductualmente: la vía electromotora gimnotiforme. (1998) Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América. 95 (8): 4684 9-.

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Zhang, K., Ginzburg, I., McNaughton, BL, Sejnowski, TJ Interpretación de la actividad de la población neuronal por reconstrucción: marco unificado con aplicación a las células de lugar del hipocampo. (1998) Revista de Neurofisiología. 79 (2): 1017 1044-.

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Variables físicas como la orientación de una línea en el campo visual o la ubicación del cuerpo en el espacio se codifican como niveles de actividad en poblaciones de neuronas. La reconstrucción o decodificación es un problema inverso en el que las variables físicas se estiman a partir de la actividad neuronal observada. La reconstrucción es útil primero para cuantificar cuánta información sobre las variables físicas está presente en la población y, segundo, para proporcionar una idea de cómo el cerebro podría usar representaciones distribuidas para resolver problemas computacionales relacionados, como el reconocimiento visual de objetos y la navegación espacial. Se discuten dos clases de métodos de reconstrucción, a saber, métodos probabilísticos o bayesianos y métodos de función de base. Incluyen importantes métodos existentes como casos especiales, como la codificación de vectores de población, la estimación lineal óptima y la coincidencia de plantillas. Como ejemplo representativo del problema de la reconstrucción, se aplicaron diferentes métodos a datos de trenes de picos de electrodos múltiples de células de lugar del hipocampo en ratas que se mueven libremente. Se comparó la precisión de la reconstrucción de las trayectorias de las ratas para los diferentes métodos. Los métodos bayesianos fueron especialmente precisos cuando se impuso una restricción de continuidad, y los mejores errores estaban dentro de un factor de dos del límite teórico de la información sobre qué tan precisa puede ser cualquier reconstrucción y fueron comparables con los errores experimentales intrínsecos en el seguimiento de posición. Además, el análisis de reconstrucción descubrió algunos aspectos interesantes de la actividad de las células de lugar, como la tendencia a saltos erráticos de la trayectoria reconstruida cuando el animal dejaba de correr. En general, los valores teóricos de los errores de reconstrucción mínimos alcanzables cuantifican la precisión con la que se codifica una variable física en la población neuronal en el sentido del error cuadrático medio, independientemente del método utilizado para leer la información. Un resultado relacionado es que la precisión teórica es independiente del ancho de la función de sintonización gaussiana solo en dos dimensiones. Finalmente, todos los métodos de reconstrucción considerados en este documento pueden implementarse mediante una arquitectura de red neuronal unificada, que el cerebro podría usar de manera factible para resolver problemas relacionados.

McKeown, MJ, Jung, TP, Makeig, S., Brown, G., Kindermann, SS, Lee, TW, Sejnowski, TJ Patrones de actividad espacialmente independientes en datos de resonancia magnética funcional durante la tarea de denominación de colores de stroop. (1998) Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América. 95 (3): 803 810-.

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Zemel, RS, Sejnowski, TJ Un modelo para codificar múltiples movimientos de objetos y automovimiento en el área MST de la corteza visual de los primates. (1998) Journal of Neuroscience. 18 (1): 531 547-.

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Berna, GS, Sejnowski, TJ Un modelo computacional de cómo los ganglios basales producen secuencias. (1998) Diario de la neurociencia cognitiva. 10 (1): 108 121-.

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Proponemos un modelo computacional a nivel de sistemas de los ganglios basales basado estrechamente en la anatomía y fisiología conocidas. Primero, suponemos que los objetivos talámicos, que transmiten información ascendente a las áreas de acción y planificación corticales, son inhibidos tónicamente por los ganglios basales. En segundo lugar, asumimos que la etapa de salida de los ganglios basales, el segmento interno del globo pálido (Gpi), selecciona una sola acción de varias acciones en competencia a través de interacciones laterales. En tercer lugar, proponemos que existe una forma de memoria de trabajo local en forma de conexiones recíprocas entre el globo pálido externo (Gpe) y el núcleo subtalámico (STN). Como prueba del modelo, el sistema fue entrenado para aprender una secuencia de estados que requerían el contexto de acciones previas. El cuerpo estriado, que se suponía que representaba una conjunción de estados corticales, seleccionó directamente la acción en el GP durante el entrenamiento. Las fuerzas de conexión de STN a GP se modificaron mediante una regla de aprendizaje asociativo y llegaron a codificar la secuencia después de 20 a 40 iteraciones a través de la secuencia. Posteriormente, el sistema reproducía automáticamente la secuencia cuando se le indicaba la primera acción. Se encontró que el comportamiento del modelo es sensible a la proporción de la tasa de aprendizaje estriatal-nigral a la tasa de aprendizaje STN-GP. Además, el grado de inhibición estriatal del globo pálido tuvo una influencia significativa tanto en el aprendizaje como en la capacidad de seleccionar una acción. Las bajas tasas de aprendizaje, que se supone que reflejan niveles bajos de dopamina, como en la enfermedad de Parkinson, llevaron a una adquisición lenta de información contextual. Sin embargo, esto podría compensarse parcialmente modelando una lesión del globo pálido que resultó en un aumento en la ganancia de las unidades STN. La sensibilidad de los parámetros del modelo se analiza en el marco de los datos de lesiones y de comportamiento existentes.

Cuarzo, SR, Sejnowski, TJ La base neural del desarrollo cognitivo: un manifiesto constructivista. (1997) Ciencias del comportamiento y del cerebro. 20(4):537-56; discussion 556-96.

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Bell, A.J. Sejnowski, TJ Los "componentes independientes" de las escenas naturales son filtros de borde. (1997) Investigación de la visión. 37 (23): 3327 3338-.

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Pouget, A., Sejnowski, TJ Una nueva visión de la heminegligencia basada en las propiedades de respuesta de las neuronas parietales. (1997) Filosofía Trans. R. Soc. Lond., B, Biol. ciencia 352 (1360): 1449-1459. DOI: 10.1098/rstb.1997.0131

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Tang, AC, bartels, AM, Sejnowski, TJ Efectos de la modulación colinérgica en las respuestas de las neuronas neocorticales a la entrada fluctuante. (1997) Corteza cerebral . 7 (6): 502 509-.

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Makeig, S., Jung, TP, Bell, AJ, Ghahremani, D., Sejnowski, TJ Separación ciega de respuestas cerebrales relacionadas con eventos auditivos en componentes independientes. (1997) Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América. 94 (20): 10979 10984-.

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Los datos de potencial relacionado con eventos (ERP) promediados registrados en el cuero cabelludo humano revelan una actividad electroencefalográfica (EEG) que está sincronizada de manera confiable en el tiempo y en la fase de los eventos experimentales. Presentamos aquí la aplicación de un método basado en la teoría de la información que descompone uno o más ERP registrados en múltiples sensores de cuero cabelludo en una suma de componentes con distribuciones fijas de cuero cabelludo y cursos de tiempo máximamente independientes escasamente activados. El análisis de componentes independientes (ICA) descompone los datos de ERP en una cantidad de componentes igual a la cantidad de sensores. Los componentes derivados tienen proyecciones de cuero cabelludo distintas pero no necesariamente ortogonales. A diferencia de los métodos de ajuste de dipolos, el algoritmo no modela las ubicaciones de sus generadores en la cabeza. A diferencia de los métodos que eliminan las correlaciones de segundo orden, como el análisis de componentes principales (PCA), ICA también minimiza las dependencias de orden superior. Aplicado a los ERP objetivo detectados y no detectados de un experimento de vigilancia auditiva, el algoritmo derivó diez componentes que descompusieron cada uno de los principales picos de respuesta en uno o más componentes ICA con distribuciones de cuero cabelludo relativamente simples. Tres de estos componentes estaban activos solo cuando el sujeto detectaba los objetivos, otros tres componentes solo cuando el objetivo no se detectaba y uno en ambos casos. Tres componentes adicionales explicaron la respuesta cerebral en estado estacionario a un tren de clics de fondo de 39 Hz. Las características principales de la descomposición demostraron ser sólidas entre sesiones y cambios en el número y la ubicación del sensor. Este método de análisis ERP se puede utilizar para comparar respuestas de múltiples estímulos, condiciones de tareas y estados de sujetos.

Ritz, R., Sejnowski, TJ Actividad oscilatoria síncrona en sistemas sensoriales: nuevas perspectivas sobre los mecanismos. (1997) Opinión actual en neurobiología. 7 (4): 536 546-.

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Spitzer, Carolina del Norte, Sejnowski, TJ Procesamiento de información biológica: bits de progreso. (1997) Ciencia. 277 (5329): 1060 1061-.

Tsodyks, MV, Skaggs, NOSOTROS, Sejnowski, TJ, McNaughton, BL Efectos paradójicos de la modulación externa de las interneuronas inhibidoras. (1997) Journal of Neuroscience. 17 (11): 4382 4388-.

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Murthy, VN, Sejnowski, TJ, Stevens, CF Propiedades de liberación heterogéneas de sinapsis hipocampales individuales visualizadas. (1997) Neuron. 18 (4): 599 612-.

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Pouget, A., Sejnowski, TJ Transformaciones espaciales en la corteza parietal utilizando funciones de base. (1997) Diario de la neurociencia cognitiva. 9(2):222-237. DOI: 10.1162/jocn.1997.9.2.222

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Contreras, D., Destexhe, A., Sejnowski, TJ, Steriade, M. Patrones espaciotemporales de oscilaciones del huso en la corteza y el tálamo. (1997) Journal of Neuroscience. 17 (3): 1179 1196-.

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Las oscilaciones del huso (7-14 Hz) aparecen en el tálamo y la corteza durante las primeras etapas del sueño. Se generan por la combinación de propiedades intrínsecas y patrones de conectividad de las neuronas talámicas y se distribuyen a los territorios corticales por los axones talamocorticales. La retroalimentación corticotalámica es un factor importante en la producción de mapas espaciotemporales coherentes de las oscilaciones del huso en territorios talámicos extensos. Aquí hemos investigado los patrones espaciotemporales de los husos evocados y que ocurren espontáneamente por medio de registros de unidad y potencial de campo multisitio en la corteza intacta y animales decorticados. Mostramos que (1) las oscilaciones espontáneas del huso se sincronizan en grandes áreas corticales durante el sueño natural y la anestesia con barbitúricos; (2) bajo anestesia con barbitúricos, la coherencia cortical no se interrumpe por la sección transversal de los enlaces sinápticos intracorticales; (3) en animales con corteza intacta, las secuencias de huso de barbitúricos que ocurren espontáneamente ocurren casi simultáneamente en territorios talámicos extensos; (4) en ausencia de corteza, las oscilaciones espontáneas del huso en todo el tálamo están menos organizadas, pero aún se mantiene la coherencia local (dentro de 2-4 mm); y (5) la propagación del huso se observa en animales con corteza intacta solo cuando se provoca mediante estimulación cortical de baja intensidad, aplicada poco antes del inicio de una secuencia de huso espontánea; las velocidades de propagación están entre 1 y 3 mm/seg, medidas en el eje anteroposterior del tálamo; el aumento de la intensidad de la estimulación cortical desencadena oscilaciones del huso, que comienzan simultáneamente en todas las derivaciones. Proponemos que, in vivo, la coherencia de las oscilaciones espontáneas del huso en las redes corticotalámicas es atribuible a la acción combinada de la entrada corticotalámica de fondo continua que inicia las secuencias del huso en varios sitios talámicos al mismo tiempo y la conectividad corticotalámica e intratalámica divergente.

Sejnowski, TJ El año de la dendrita. (1997) Ciencia. 275 (5297): 178 179-.

Jung, TP, Makeig, S., Stensmo, M., Sejnowski, TJ Estimación del estado de alerta a partir del espectro de potencia del EEG. (1997) IEEE Trans Biomed Ing. 44 (1): 60-69. DOI: 10.1109/10.553713

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Contreras, D., Destexhe, A., Sejnowski, TJ, Steriade, M. Control de la coherencia espaciotemporal de una oscilación talámica por retroalimentación corticotalámica. (1996) Ciencia. 274 (5288): 771 774-.

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Destexhe, A., Bal, T., McCormick, DA, Sejnowski, TJ Mecanismos iónicos subyacentes a oscilaciones sincronizadas y ondas de propagación en un modelo de cortes talámicos de hurones. (1996) Revista de Neurofisiología. 76 (3): 2049 2070-.

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1. Se desarrolló un modelo de red de neuronas talamocorticales (TC) y talámicas reticulares (RE) basado en mediciones electrofisiológicas en cortes talámicos de hurón. Las celdas TC y RE de un solo compartimento incluían corrientes sensibles al voltaje y al calcio descritas por el tipo de cinética de Hodgkin-Huxley. Las corrientes sinápticas se modelaron mediante modelos cinéticos de alfa-amino-3-hidroxi-5-metil-4-isoxazolpropiónico (AMPA), gamma-aminobutírico ácido-A (GABAA) y receptores GABAB. 2. El modelo reprodujo con éxito las características del huso y las oscilaciones lentas inducidas por bicuculina observadas in vitro. Las características de estos dos tipos de oscilaciones dependían tanto de las propiedades intrínsecas de las células TC y RE como de su patrón de interconectividad. 3. Las oscilaciones fueron organizadas por el reclutamiento recíproco entre las células TC y RE, debido a su conectividad manual y propiedades de ruptura. Las células TC provocaron potenciales postsinápticos excitatorios (EPSP) mediados por AMPA en células RE, mientras que las células RE provocaron una mezcla de potenciales postsinápticos inhibidores (IPSP) GABAA y GABAB en células TC. Debido a la presencia de una corriente T, los EPSP suficientemente fuertes podrían provocar un estallido en las células RE, y las células TC podrían generar un estallido de rebote después de los IPSP GABAérgicos. En estas condiciones, la interacción entre las células TC y RE produjo oscilaciones sostenidas. 4. En ausencia de oscilación espontánea en cualquier celda, la red TC-RE permaneció inactiva. Las oscilaciones del husillo con una frecuencia de 9-11 Hz podrían iniciarse mediante la estimulación de las neuronas TC o RE. Unas pocas neuronas TC que oscilan espontáneamente reclutaron todo el modelo de red en una oscilación de "aumento y disminución". Estas células "iniciadoras" podrían ser una proporción extremadamente pequeña de células TC. 5. En las grabaciones intracelulares, las células TC muestran una capacidad reducida para disparar en ráfagas después de una secuencia de ráfagas. La fase "menguante" de los husos se reprodujo en el modelo de red asumiendo una regulación positiva dependiente de la actividad de Ih que opera a través de una proteína de unión a calcio en células TC, como se mostró anteriormente en un modelo de dos células. 6. Después de la supresión global de la inhibición de GABAA, las células RE desinhibidas produjeron descargas explosivas prolongadas que provocaron fuertes corrientes mediadas por GABAB en las células TC. La mejora de los IPSP lentos en las células TC también se debió a la cooperatividad en la activación de la corriente mediada por GABAB. Estos IPSP lentos reclutaron células TC y RE en oscilaciones crecientes y menguantes más lentas (3-4 HZ) que estaban aún más sincronizadas. 7. La arborización axonal local de las proyecciones TC a RE y RE a TC permitió que las oscilaciones se propagaran a través de la red. Una oscilación que comenzaba en un solo foco inducía un frente de onda que se propagaba a medida que se reclutaban progresivamente más células. La disminución de la oscilación también se propagó debido a la regulación positiva de Ih en las células TC, lo que provocó ondas de actividad del huso, como se observó en los experimentos. 8. Las propiedades espaciotemporales de la propagación de ondas en el modelo dependían en gran medida de las propiedades intrínsecas de las células TC. El patrón espacial de la actividad de picos fue marcadamente diferente para los husos en comparación con las oscilaciones inducidas por bicuculina y dependía del comportamiento de explosión de rebote de las células TC. La regulación al alza de Ih produjo un período refractario de modo que las ondas del huso en colisión se fusionaron en una sola oscilación y se extinguieron. Finalmente, la reducción de la conductancia Ih condujo a oscilaciones sostenidas. 9. Dos propiedades clave de las células en la red talámica pueden explicar el inicio, la propagación y la terminación de las oscilaciones del huso, la regulación ascendente dependiente de la actividad de Ih en las células TC y las proyecciones axonales localizadas entre las células TC y RE.

Sejnowski, TJ Las sinapsis se vuelven más inteligentes. (1996) Naturaleza. 382(6594):759-760. DOI: 10.1038/382759a0

Broma, K., Kloppstech, M., Nowlan, SJ, Sejnowski, TJ, Brabante, G. Secreción aleatoria de hormona de crecimiento en humanos. (1996) física Rev. Lett. 77(9):1909-1911. DOI: 10.1103/PhysRevLett.77.1909

Mainen, ZF, Sejnowski, TJ Influencia de la estructura dendrítica en el patrón de disparo en neuronas neocorticales modelo. (1996) Naturaleza. 382(6589):363-366. DOI: 10.1038/382363a0

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Broma, K., Kloppstech, M., Nowlan, SJ, Sejnowski, TJ, Brabante, G. Segmentación autoorganizada de series temporales: separación de la secreción de la hormona del crecimiento en la acromegalia de los controles normales. (1996) Revista biofísica. 70(6):2540-2547. DOI: 10.1016/S0006-3495(96)79825-9

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Tsodyks, MV, Skaggs, NOSOTROS, Sejnowski, TJ, McNaughton, BL Dinámica de población y precesión de fase de ritmo theta del disparo de células de lugar del hipocampo: un modelo de neurona de picos. (1996) Hipocampo. 6(3):271-280. DOI: 10.1002/(SICI)1098-1063(1996)6:3<271::AID-HIPO5

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Bell, A.J. Sejnowski, TJ Aprender la estructura de orden superior de un sonido natural. (1996) Red. 7(2):261-267. DOI: 10.1088/0954-898X/7/2/005

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Montague, PR, Dayan, P., Sejnowski, TJ Un marco para los sistemas de dopamina mesencefálicos basados en el aprendizaje predictivo de Hebbian. (1996) Journal of Neuroscience. 16 (5): 1936 1947-.

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Lytton, WW, Destexhe, A., Sejnowski, TJ Control de oscilaciones lentas en la neurona talamocortical: un modelo informático. (1996) Neurociencia. 70 (3): 673 684-.

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Investigamos modelos informáticos de una sola neurona talamocortical para evaluar la interacción de los canales intrínsecos sensibles al voltaje y la entrada sináptica cortical en la producción del rango de frecuencias de oscilación observadas en estas células in vivo. Un modelo morfológicamente detallado con canales iónicos tipo Hodgkin-Huxley demostró que las propiedades intrínsecas serían suficientes para producir fácilmente oscilaciones de 3 a 6 Hz. La hiperpolarización de la celda modelo redujo su frecuencia de oscilación de forma monótona, ya sea mediante la inyección de corriente o la modulación de una conductancia de potasio, simulando la respuesta a una entrada neuromoduladora. Realizamos un análisis detallado de modelos muy reducidos para determinar el mecanismo de este control de frecuencia. El intervalo entre ráfagas estaba controlado por dos mecanismos diferentes dependiendo de si la corriente del marcapasos, IH, estaba presente o no. En ausencia de IH, la despolarización durante el intervalo entre ráfagas se produjo a la misma velocidad con diferentes inyecciones de corriente. La diferencia de voltaje desde el nadir hasta el umbral para la corriente de calcio de umbral bajo, IT, determinó el intervalo entre ráfagas. Por el contrario, con IH presente, la tasa de despolarización dependía de la corriente inyectada. Con el modelo completo, la entrada sináptica cortical repetitiva simulaba oscilaciones arrastradas hasta aproximadamente el doble de la frecuencia natural. La entrada cortical también produjo fácilmente un reajuste de fase. Nuestros hallazgos sugieren que ni el control ascendente del tronco encefálico que altera la hiperpolarización subyacente, ni el impulso descendente por entradas corticales repetitivas, serían suficientes por sí solos para producir el rango de frecuencias de oscilación que se observa en las neuronas talamocorticales. En cambio, los mecanismos neuronales intrínsecos dominarían para generar las oscilaciones delta range (0.5-4 Hz) que se observan durante el sueño de ondas lentas, mientras que se requerirían interacciones sinápticas con la corteza y el núcleo reticular talámico para oscilaciones más rápidas en el rango de frecuencia de spindling (7- 14 Hz).

Destexhe, A., Contreras, D., Steriade, M., Sejnowski, TJ, Huguenard, JR Análisis in vivo, in vitro y computacional de las corrientes dendríticas de calcio en las neuronas reticulares talámicas. (1996) Journal of Neuroscience. 16 (1): 169 185-.

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Mainen, ZF, Joerges, J., Huguenard, JR, Sejnowski, TJ Un modelo de iniciación de picos en neuronas piramidales neocorticales. (1995) Neuron. 15 (6): 1427 1439-.

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Gray, MS, Lawrence, DT, Golomb, BA, Sejnowski, TJ Un perceptrón revela el rostro del sexo. (1995) Computación neuronal. 7 (6): 1160 1164-.

Bell, A.J. Sejnowski, TJ Un enfoque de maximización de la información para la separación ciega y la desconvolución ciega. (1995) Computación neuronal. 7 (6): 1129 1159-.

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Destexhe, A., Sejnowski, TJ La cinética de activación de la proteína G y el desbordamiento del ácido gamma-aminobutírico pueden explicar las diferencias entre las respuestas inhibitorias en el hipocampo y el tálamo. (1995) Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América. 92 (21): 9515 9519-.

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Montague, PR, Dayan, P., Persona, C., Sejnowski, TJ Forrajeo de abejas en ambientes inciertos utilizando el aprendizaje hebbiano predictivo. (1995) Naturaleza. 377(6551):725-728. DOI: 10.1038/377725a0

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Sejnowski, TJ Redes neuronales. Sueño y memoria. (1995) Biología actual. 5 (8): 832 834-.

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Sejnowski, TJ Reconocimiento de patrones. ¿Es hora de un nuevo código neuronal? (1995) Naturaleza. 376(6535):21-22. DOI: 10.1038/376021a0

Mainen, ZF, Sejnowski, TJ La fiabilidad de la sincronización pico en las neuronas neocorticales. (1995) Ciencia. 268 (5216): 1503 1506-.

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Prank, K., Nowlan, SJ, Harms, HM, Kloppstech, M., Brabant, G., Hesch, RD, Sejnowski, TJ Predicción de series de tiempo de la concentración de hormonas en plasma. Evidencia de diferencias en la previsibilidad de la secreción de hormona paratiroidea entre pacientes con osteoporosis y controles normales. (1995) Revista de investigación clínica. 95(6):2910-2919. DOI: 10.1172/JCI117998

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du Lac, S., Raymond, JL, Sejnowski, TJ, Lisberger, SG Aprendizaje y memoria en el reflejo vestíbulo-ocular. (1995) Revisión anual de la neurociencia. 18:409-441. DOI: 10.1146/annurev.ne.18.030195.002205

Bufón, JM, Campbell, LW, Sejnowski, TJ EPSP asociativo: potenciación de picos inducida por el emparejamiento de estimulación ortodrómica y antidrómica en cortes de hipocampo de rata. (1995) Revista de Fisiología. 484 (Pt 3:689-705.

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1. La combinación de estimulación ortodrómica de baja frecuencia con acondicionamiento antidrómico de alta frecuencia de células piramidales en el área CA1 del hipocampo de rata dio como resultado una potenciación duradera del pico de población extracelular de las células, sin un aumento concomitante en el potencial postsináptico excitatorio extracelular ( EPSP), lo que indica un aumento en el acoplamiento EPSP-spike (ES), también llamado potenciación ES. 2. La amplitud de la potenciación ES condicionada antidrómicamente tardó hasta 60 min en alcanzar su punto máximo, mucho más que la potenciación sináptica a largo plazo (LTP) inducida por la estimulación tetánica ortodrómica. 3. La amplitud del pico de población de una entrada ortodrómica de control, que estimuló un conjunto separado de fibras y que estuvo inactiva durante el emparejamiento, también aumentó en más de la mitad de los cortes probados. El hecho de que pueda afectar una vía silenciosa sugiere que la potenciación de ES condicionada antidrómicamente no se genera localmente en las sinapsis tetanizadas. 4. La aplicación de baño de 50 microM de ácido D,L-2-amino-5-fosfonovalérico (AP5) bloqueó la inducción de la potenciación de ES condicionada antidrómicamente. Después de lavar el AP5, la misma estimulación resultó en aumentos de población. Esto sugiere que la activación del subtipo NMDA del receptor de glutamato es necesaria para la inducción de esta forma de potenciación de ES. 5. La aplicación de picrotoxina 10 microM y/o bicuculina 10 microM, que bloquean la inhibición mediada por los receptores del ácido gamma-aminobutírico A (GABAA), no redujo la potenciación de ES condicionada antidrómicamente. Por lo tanto, la plasticidad en la inhibición mediada por GABAA no puede explicar el aumento de la amplitud del pico de población. 6. La potenciación de ES no aumentó la amplitud de los EPSP extracelulares o intracelulares registrados en el cuerpo celular.

Nowlan, SJ, Sejnowski, TJ Un modelo de selección para procesamiento de movimiento en el área MT de primates. (1995) Journal of Neuroscience. 15 (2): 1195 1214-.

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Destexhe, A., Contreras, D., Sejnowski, TJ, Steriade, M. Modelado del control de oscilaciones talámicas reticulares por neuromoduladores. (1994) Neuroreport. 5 (17): 2217 2220-.

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Destexhe, A., Mainen, ZF, Sejnowski, TJ Síntesis de modelos de membranas excitables, transmisión sináptica y neuromodulación utilizando un formalismo cinético común. (1994) Revista de Neurociencia Computacional. 1 (3): 195 230-.

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Destexhe, A., Contreras, D., Sejnowski, TJ, Steriade, M. Un modelo de ritmicidad del huso en el núcleo reticular talámico aislado. (1994) Revista de Neurofisiología. 72 (2): 803 818-.

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1. Las propiedades oscilatorias del tálamo reticular (RE) aislado se modelaron con el uso de modelos compartimentales de células RE. Los modelos cinéticos de tipo Hodgkin-Huxley de los canales iónicos se derivaron de los datos de pinzamiento de voltaje y corriente de las células RE. Las interacciones entre las células RE interconectadas se simularon con el uso de un modelo cinético de sinapsis inhibidoras del ácido gamma-aminobutírico (GABA). 2. Las propiedades de explosión intrínsecas de las células RE en el modelo se debieron a la presencia de una corriente de Ca2+ de umbral bajo y dos corrientes activadas por Ca(2+). Las propiedades de estas células RE modelo se compararon con las neuronas RE registradas intracelularmente in vivo en gatos. 3. Las células modelo RE densamente interconectadas con sinapsis GABAA produjeron oscilaciones sincrónicas a una frecuencia cercana a la de los husos (7-14 Hz). Las redes de neuronas RE organizadas en una matriz bidimensional con solo conectividad proximal también exhibieron oscilaciones sincronizadas en el rango del huso. Además, la red conectada proximalmente mostró períodos de alta y baja sincronicidad, dando lugar a oscilaciones crecientes y menguantes en la población de células RE. 4. Se investigó el comportamiento espaciotemporal de la red durante oscilaciones crecientes y menguantes. El aumento y la disminución surgieron como una alternancia entre períodos de actividad desincronizada y sincronizada, correspondientes a períodos de actividad espacial irregular y coherente. Durante los períodos sincronizados, la red mostró propagar ondas coherentes de actividad sincrónica que tenían tendencia a formar espirales. 5. Las redes de neuronas RE modelo completamente conectadas a través de sinapsis GABAB exhibieron oscilaciones perfectamente sincrónicas a frecuencias más bajas (0.5-1 Hz), pero las redes bidimensionales con conectividad GABAB proximal no lograron sincronizarse. 6. Estas simulaciones demuestran que las redes de neuronas modelo que incluyen las principales corrientes intrínsecas que se encuentran en las células RE pueden generar una actividad oscilatoria creciente y menguante similar a la ritmicidad del huso observada en el núcleo RE aislado in vivo. El modelo revela la interacción entre las propiedades rítmicas intrínsecas de las células RE y las interacciones sinápticas rápidas en la organización de la ritmicidad sincronizada.

arbusto, ordenador personal, Sejnowski, TJ Efectos de la inhibición y saturación dendrítica en células piramidales neocorticales simuladas. (1994) Revista de Neurofisiología. 71 (6): 2183 2193-.

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1. Hemos utilizado modelos compartimentales de neuronas piramidales reconstruidas de las capas 2 y 5 de la corteza visual del gato para investigar la suma no lineal de la entrada sináptica excitatoria y la eficacia de la entrada inhibitoria para contrarrestar esta excitación. 2. En simulaciones que coinciden con las condiciones de un experimento reciente, la saturación dendrítica fue significativa para los niveles fisiológicos de activación sináptica: un potencial postsináptico excitatorio compuesto (EPSP) evocado eléctricamente durante una despolarización causada por la activación sináptica fisiológica se redujo hasta en un 80 % en comparación con con un EPSP evocado en reposo. 3. La inhibición sináptica debe coactivarse con excitación para igualar cuantitativamente los resultados experimentales. La coactivación observada experimentalmente de la inhibición con la excitación produjo derivaciones de corriente adicionales que amplificaron la disminución en la amplitud del EPSP de prueba. Alrededor del 30 % de la disminución observada experimentalmente en la amplitud del EPSP fue causada por disminuciones en la resistencia de entrada (Rin) debido a cambios en la conductancia sináptica; una fuerza motriz reducida representó la disminución restante. 4. A continuación, la cantidad de inhibición se incrementó en casi un orden de magnitud, hasta aproximadamente el 10% del número total de sinapsis inhibidoras en una célula piramidal cortical típica. El disparo sostenido de esta cantidad de entradas inhibidoras fue suficiente para suprimir por completo el disparo de una neurona que recibe una fuerte entrada excitatoria. Sin embargo, este nivel de inhibición produjo una reducción muy grande en Rin. Estas grandes reducciones en Rin no se han observado experimentalmente, lo que sugiere que la inhibición en la corteza no actúa para vetar (desviar) una entrada excitatoria fuerte y sostenida (del orden de 100 ms). 5. Proponemos, en cambio, que la activación fuerte y transitoria (< 10 ms) de las entradas inhibitorias de una neurona, suficiente para prevenir brevemente la activación, se use para dar forma a la estructura temporal del tren de picos de salida de la célula. Específicamente, la inhibición cortical puede servir para sincronizar la activación de grupos de células piramidales durante la estimulación óptima.

Pouget, A., Sejnowski, TJ Un modelo neural de la representación cortical de la distancia egocéntrica. (1994) Corteza cerebral. 4 (3): 314 329-.

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Montague, PR, Sejnowski, TJ El cerebro predictivo: coincidencia temporal y orden temporal en los mecanismos de aprendizaje sináptico. (1994) Aprendizaje y memoria. 1 (1): 1 33-.

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Destexhe, A., McCormick, DA, Sejnowski, TJ Un modelo para el spindling de 8-10 Hz en neuronas reticulares y de relevo talámico interconectadas. (1993) Revista biofísica. 65(6):2473-2477. DOI: 10.1016/S0006-3495(93)81297-9

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Steriade, M., McCormick, DA, Sejnowski, TJ Oscilaciones talamocorticales en el cerebro dormido y despierto. (1993) Ciencia. 262 (5134): 679 685-.

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Destexhe, A., Babloyantz, A., Sejnowski, TJ Mecanismos iónicos de oscilaciones lentas intrínsecas en las neuronas de relevo talámicas. (1993) Revista biofísica. 65(4):1538-1552. DOI: 10.1016/S0006-3495(93)81190-1

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Berns, GS, Dayan, P., Sejnowski, TJ Un modelo correlacional para el desarrollo de disparidad de selectividad en la corteza visual que depende de las fases prenatal y posnatal. (1993) Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América. 90 (17): 8277 8781-.

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Taquilla, SR, Sejnowski, TJ La sanguijuela computacional. (1993) Tendencias en las neurociencias. 16 (7): 283 290-.

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Taquilla, SR, Sejnowski, TJ Un límite inferior en la detectabilidad del aprendizaje no asociativo en el reflejo de flexión local de la sanguijuela medicinal. (1993) Behav. Neural Biol. 59 (3): 208 224-.

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Pouget, A., Fisher, SA, Sejnowski, TJ Representación egocéntrica del desove en la visión temprana. (1993) Diario de la neurociencia cognitiva. 5(2):150-161. DOI: 10.1162/jocn.1993.5.2.150

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arbusto, ordenador personal, Sejnowski, TJ Modelos compartimentales reducidos de células piramidales neocorticales. (1993) Revista de Métodos de Neurociencia. 46 (2): 159 166-.

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Lisberger, SG, Sejnowski, TJ Aprendizaje motor en un modelo de red recurrente basado en el reflejo vestíbulo-ocular. (1992) Naturaleza. 360(6400):159-161. DOI: 10.1038/360159a0

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Taquilla, SR, Sejnowski, TJ Procesamiento distribuido de información sensorial en la sanguijuela. tercero Un modelo de red neuronal dinámica del reflejo de flexión local. (1992) Journal of Neuroscience. 12 (10): 3877 3895-.

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La subpoblación de interneuronas identificadas en el reflejo de flexión local recibe múltiples entradas de mecanorreceptores dorsales y ventrales y tiene salidas a las neuronas motoras dorsales y ventrales. Sus conexiones sugieren un mecanismo de procesamiento distribuido en el que la retirada de estímulos dorsales, ventrales o laterales está controlada por una sola población de aproximadamente 40 interneuronas multifuncionales, pero no está claro si se necesitan interneuronas adicionales dedicadas a entradas particulares para dar cuenta de cada tipo de curva. . Por lo tanto, preguntamos si se podría construir un modelo que reprodujera todos los comportamientos sin interneuronas dedicadas. Las interneuronas del modelo se vieron obligadas a recibir entradas tanto dorsales como ventrales. Las fuerzas de conexión se ajustaron mediante la optimización del descenso del gradiente hasta que el modelo reprodujo la amplitud y el curso temporal de los potenciales sinápticos de las neuronas motoras en grabaciones intracelulares de la respuesta a muchos estímulos diferentes. Después de la optimización, la similitud entre el modelo y las interneuronas identificadas mostró que no son necesarias interneuronas dedicadas adicionales para producir todas las formas del comportamiento. La optimización exitosa de redes con muchas menos interneuronas mostró que la red de 40 interneuronas es redundante, lo que plantea la posibilidad de que las interneuronas tengan funciones adicionales. Finalmente, la optimización de redes con restricciones adicionales produjo mejores coincidencias con algunas de las interneuronas identificadas y mostró que la flexión local puede ser producida por dos poblaciones de interneuronas: una con salidas consistentes con la flexión dorsal y la otra con la flexión ventral. Esto sugiere un modelo simple en el que dos tipos principales de interneuronas producen muchos comportamientos diferentes y predice el tipo de interneurona que queda por identificar.

Lehky, SR, Sejnowski, TJ, Desimone, R. Predicción de respuestas de neuronas no lineales en la corteza estriada de mono a patrones complejos. (1992) Journal of Neuroscience. 12 (9): 3568 3581-.

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La gran mayoría de las neuronas en la corteza visual de los primates son no lineales. Para esas células, las técnicas de análisis de sistemas lineales, utilizadas con cierto éxito para modelar las células ganglionares de la retina y las células simples estriadas, tienen una aplicabilidad limitada. Como un comienzo para comprender las propiedades de las neuronas visuales no lineales, hemos registrado las respuestas de células complejas estriadas a cientos de imágenes, incluidos estímulos simples (barras y sinusoides) y estímulos complejos (texturas aleatorias y superficies tridimensionales sombreadas). El último conjunto tendía a dar la respuesta más fuerte. Creamos un modelo de red neuronal para cada neurona utilizando un algoritmo de optimización iterativo. Las respuestas registradas a algunos patrones de estímulo (el conjunto de entrenamiento) se usaron para crear el modelo, mientras que las respuestas a otros patrones se reservaron para probar las redes. Las redes predijeron respuestas registradas a patrones de conjuntos de entrenamiento con una correlación media de 3. Pudieron predecir respuestas a estímulos de prueba que no estaban en el conjunto de entrenamiento con una correlación de 0.95 en general y una correlación de 0.78 para estímulos complejos considerados solos. Por lo tanto, pudieron capturar gran parte de la función de transferencia de entrada/salida de las neuronas, incluso para patrones complejos. Al examinar las fortalezas de conexión dentro de cada red, diferentes partes de la red parecían manejar información en diferentes escalas espaciales. Para obtener más información, los modelos de red se invirtieron para construir estímulos "óptimos" para cada célula, y sus campos receptivos se mapearon con puntos de alta resolución. Las propiedades del campo receptivo de las células complejas no pueden reducirse a una formulación matemática más simple que los propios modelos de red.

Lytton, WW, Sejnowski, TJ Modelo informático del efecto de la etosuximida en una neurona talámica. (1992) Ann. Neurol. 32(2):131-139. DOI: 10.1002/ana.410320204

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Sejnowski, TJ Modelos de visión. (1992) Ciencia. 257 (5070): 687-688. DOI: 10.1126/ciencia.257.5070.687

Wathey, JC, Lytton, WW, Bufón, JM, Sejnowski, TJ Simulaciones por computadora de la potenciación de EPSP-spike (ES) en células piramidales CA1 del hipocampo. (1992) Journal of Neuroscience. 12 (2): 607 618-.

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La potenciación a largo plazo de las sinapsis excitatorias del hipocampo suele ir acompañada de un aumento en la probabilidad de alcanzar un EPSP de fuerza fija (potenciación ES). Usamos simulaciones por computadora de una neurona piramidal CA1 para probar la plausibilidad de la hipótesis de que la potenciación de ES es causada por cambios en la excitabilidad dendrítica. Estos cambios se simularon añadiendo "puntos calientes" de conductancia de Ca2+ sensible al voltaje no inactivante a varios compartimentos dendríticos. Esto generalmente causó picos en respuesta a entradas sinápticas previamente por debajo del umbral. La magnitud de la potenciación ES simulada dependía de las propiedades eléctricas pasivas de la célula, la excitabilidad del soma y las ubicaciones relativas en las dendritas de las entradas sinápticas y los puntos calientes. La especificidad de la potenciación ES simulada se cuantificó colocalizando los puntos calientes con un subconjunto (40 de 80) de los contactos sinápticos, denominados "tetanizados", y luego comparando los efectos de los puntos calientes en estos y los contactos sinápticos restantes (no tetanizados). contactos. La potenciación ES simulada tendía a ser específica de la entrada tetanizada si los contactos no tetanizados estaban, en promedio, eléctricamente más cerca del soma que los contactos tetanizados. La especificidad también fue alta si los contactos tetanizados y no tetanizados se segregaron en diferentes dendritas primarias. Los resultados también predicen, sin embargo, que la potenciación de ES por este mecanismo parecerá ser inespecífica (heterosináptica) si las sinapsis de la entrada no tetanizada están lo suficientemente lejos del soma en relación con las sinapsis tetanizadas. La confirmación experimental de esta predicción apoyaría la hipótesis de que los cambios en la excitabilidad postsináptica pueden contribuir a la potenciación de la ES del hipocampo.

Holliday, J., Adams, RJ, Sejnowski, TJ, Spitzer, Carolina del Norte La liberación de calcio inducida por calcio regula la diferenciación de neuronas espinales cultivadas. (1991) Neuron. 7 (5): 787 796-.

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Lytton, WW, Sejnowski, TJ Simulaciones de neuronas piramidales corticales sincronizadas por interneuronas inhibidoras. (1991) Revista de Neurofisiología. 66 (3): 1059 1079-.

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1. La interacción entre las interneuronas inhibitorias y las neuronas piramidales corticales se estudió mediante el uso de simulaciones por computadora para probar si las interneuronas inhibitorias podrían ayudar en el bloqueo de fase de las células postsinápticas. Se utilizaron dos modelos: un modelo simplificado, que incluía solo 3 canales de membrana, y un modelo detallado de 11 canales. 2. El modelo de 11 canales incluía la mayoría de los canales iónicos que se sabe que están presentes en las neuronas piramidales neocorticales, así como la difusión de calcio y otros mecanismos de membrana. La cinética de los canales se obtuvo a partir de estudios de fijación de voltaje en una variedad de preparaciones. Luego, los parámetros se ajustaron para producir estallidos repetitivos similares a los observados en algunas células piramidales corticales arrastradas durante la estimulación visual. 3. Se observó bloqueo de fase a un tren de potenciales postsinápticos inhibitorios (IPSP) ubicados en o cerca del soma en la célula modelo de 3 canales sometida a bombardeo sináptico aleatorio. En el modelo de 11 canales, el bloqueo de fase debido a múltiples IPSP se comparó con el bloqueo de fase debido a múltiples potenciales postsinápticos excitatorios (EPSP). El bloqueo de fase comenzó a ocurrir cuando el 20 % de los IPSP (20/100) o el 40 % de los EPSP (4,000/10,000 11) estaban sincronizados. Los porcentajes exactos diferían con diferentes modelos de 40 canales, pero los EPSP o los IPSP generalmente producirían arrastre con aproximadamente un 40% de sincronización. Así, 4,000 botones inhibitorios tuvieron un efecto equivalente a 4 botones excitatorios en la producción de bloqueo de fase. 5. El bloqueo de fase con IPSP en estos modelos fue posible porque los IPSP podían causar un aumento o una disminución en la velocidad de disparo en un rango limitado. Los IPSP desempeñaron un papel modulador, aumentando la velocidad de activación en algunos casos y disminuyéndola en otros, según el estado de la célula. 3. Examinamos el arrastre de frecuencia por IPSP. En el modelo de 20 canales, se observó el arrastre de frecuencia de una célula postsináptica con un tren rápido de IPSP compuestos fuertes (100-40 nS), breves. Un tren IPSP compuesto de 60 Hz de celdas arrastradas de 32 nS que tienen tasas de disparo iniciales entre 47 y 3 Hz. Por debajo de este rango, las células podrían estar parcialmente arrastradas. Por encima del rango, el arrastre fallaría. El arrastre de frecuencia en el modelo de 6 canales generalmente ocurrió en el primer ciclo después del inicio de los IPSP. 11. El arrastre de frecuencia y el bloqueo de fase fueron menos robustos en el modelo de 40 canales. Esto se debió en parte a que se estaban arrastrando ráfagas en lugar de picos individuales. Un tren IPSP compuesto de 90 Hz y 34 nS arrastró una celda modelo hacia arriba desde 400 Hz. También se produjo arrastre de frecuencia hacia abajo. (RESUMEN TRUNCADO EN XNUMX PALABRAS)

arbusto, ordenador personal, Sejnowski, TJ Simulaciones de una célula de Purkinje cerebelosa reconstruida basada en cinética de canal simplificada. (1991) Computación neuronal. 3(3):321-332. DOI: 10.1162/neco.1991.3.3.321

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Stanton, PK, Chattarji, S., Sejnowski, TJ El ácido 2-amino-3-fosfonopropiónico, un inhibidor del recambio de fosfoinosítidos estimulado por glutamato, bloquea la inducción de la depresión homosináptica a largo plazo, pero no la potenciación, en el hipocampo de rata. (1991) Neurosci. Lett. 127 (1): 61 66-.

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Sejnowski, TJ Mecanismos sinápticos para la depresión a largo plazo. (1991) Biología actual. 1 (1): 38 40-.

Qian, N., Sejnowski, TJ ¿Cuándo es efectiva una sinapsis inhibitoria? (1990) Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América. 87 (20): 8145 8149-.

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Lehky, SR, Sejnowski, TJ Modelo neuronal de interpolación de estereoagudeza y profundidad basado en una representación distribuida de disparidad estéreo. (1990) Journal of Neuroscience. 10 (7): 2281 2299-.

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Hemos desarrollado un modelo para la representación de la disparidad estéreo por una población de neuronas que se basa en curvas de sintonía de forma similar a las medidas fisiológicamente (Poggio y Fischer, 1977). El análisis de detección de señales se aplicó al modelo para generar predicciones de umbrales de discriminación de profundidad. La concordancia entre el modelo y los datos psicofísicos humanos fue posible en este modelo solo cuando el tamaño de la población que representaba la disparidad en un pequeño parche del campo visual estaba en el rango de aproximadamente 20-200 unidades. Se encontró que la codificación de intervalo y la codificación de velocidad no eran consistentes con estos datos. Los datos psicofísicos sobre la interpolación estéreo (Westheimer, 1986a) sugieren que existen interacciones inhibitorias de largo alcance y excitatorias de corto alcance entre unidades sintonizadas con disparidad en ubicaciones espaciales cercanas. Extendimos nuestro modelo de población de codificación de disparidad en una sola ubicación espacial para incluir tales interacciones laterales. Cuando hubo un pequeño gradiente de disparidad entre los estímulos en 2 ubicaciones, las unidades en la posición intermedia no estimulada desarrollaron un patrón de actividad correspondiente al promedio de las 2 disparidades laterales. Cuando hubo un gran gradiente de disparidad, las unidades en la posición intermedia desarrollaron un patrón de actividad correspondiente a una superposición independiente de las 2 disparidades laterales, de modo que ambas disparidades se representaron simultáneamente. Este patrón de población mixta puede ser la base de la percepción de discontinuidades de profundidad y superficies transparentes. Se pueden aplicar tipos similares de representaciones distribuidas a otros parámetros, como la orientación, el movimiento, el tamaño del estímulo y las coordenadas motoras.

Lehky, SR, Sejnowski, TJ Modelo de red neuronal de la corteza visual para determinar la curvatura de la superficie a partir de imágenes de superficies sombreadas. (1990) Actas de la Royal Society de Londres. Serie B, Ciencias biológicas. 240 (1298): 251 278-.

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Lehky, SR, Pouget, A., Sejnowski, TJ Modelos neurales de percepción de profundidad binocular. (1990) Simposio de Cold Spring Harbor sobre biología cuantitativa. 55: 765-777.

Chattarji, S., Stanton, PK, Sejnowski, TJ Las sinapsis comisurales, pero no las sinapsis de fibras musgosas, en el campo hipocampal CA3 exhiben depresión y potenciación asociativas a largo plazo. (1989) Investigación del cerebro. 495 (1): 145 50-.

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Stanton, PK, Sejnowski, TJ Depresión asociativa a largo plazo en el hipocampo inducida por la covarianza hebbiana. (1989) Naturaleza. 339(6221):215-8. DOI: 10.1038/339215a0

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Qian, N., Sejnowski, TJ Predicción de la estructura secundaria de proteínas globulares utilizando modelos de redes neuronales. (1988) Revista de Biología Molecular. 202 (4): 865 84-.

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Lehky, SR, Sejnowski, TJ Modelo de red de forma a partir del sombreado: la función neuronal surge tanto de campos receptivos como proyectivos. (1988) Naturaleza. 333(6172):452-4. DOI: 10.1038/333452a0

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Sejnowski, TJ Poblaciones neuronales reveladas. (1988) Naturaleza. 332 (6162): 308. DOI: 10.1038/332308a0

Kienker, PK, Sejnowski, TJ, Hinton, GE, Schumacher, LE Separando la figura del suelo con una red paralela. (1986) Percepción. 15(2):197-216. DOI: 10.1068/p150197

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Ballard, DH, Hinton, GE, Sejnowski, TJ Cálculo visual paralelo. (1983) Naturaleza. 306 (5938): 21 6-.

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Kuffler, SO, Sejnowski, TJ Excitación peptidérgica y muscarínica en las sinapsis simpáticas de anfibios. (1983) Revista de Fisiología. 341: 257-78.

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Se utilizó una abrazadera de voltaje de electrodo único para estudiar las corrientes postsinápticas excitatorias (epscs) muscarínicas lentas y peptidérgicas lentas tardías en las células B de los ganglios simpáticos paravertebrales de la rana toro. Las disminuciones de conductancia se midieron durante epscs peptidérgicos en casi todas las células a potenciales fijados cerca del nivel de reposo. En aproximadamente la mitad de las células, el tamaño de las epscs peptidérgicas aumentó con la hiperpolarización y en algunas de estas células se encontraron aumentos de conductancia a niveles hiperpolarizados. En las células restantes, se produjeron disminuciones de conductancia en todos los niveles de potencial de membrana probados, y en algunas de ellas, la polaridad de las epscs se invirtió en potenciales hiperpolarizados. Se observó una diversidad similar entre epscs muscarínicos. Se requieren al menos dos mecanismos iónicos simples para explicar las dependencias de voltaje heterogéneas observadas: una disminución de conductancia principalmente a K+ que domina en potenciales despolarizados y un aumento de conductancia a otros iones que es más prominente en potenciales hiperpolarizados. La proporción de estos dos mecanismos parece diferir entre las células B. Los dos epscs lentos registrados en la misma neurona tenían la misma dependencia del voltaje y estaban acompañados por los mismos cambios de conductancia en cada una de las ocho células a pesar de las diferencias entre las células. La epsc muscarínica se redujo durante la epsc peptidérgica en cada una de las veinticinco neuronas analizadas en una gama de potenciales de membrana. La hormona liberadora de la hormona luteinizante (LHRH) aplicada externamente produjo corrientes con la misma dependencia del voltaje y cambios de conductancia que la epsc peptidérgica provocada por el nervio en cada una de las quince células analizadas. El betanecol, un agonista muscarínico, y la LHRH produjeron corrientes con la misma dependencia del voltaje y cambios de conductancia en cada una de las doce células estudiadas. En varias células, una respuesta de saturación a una aplicación prolongada de LHRH ocluyó por completo la respuesta al betanecol, y viceversa. Se registraron corrientes lentas de cuerpos celulares disociados en respuesta a betanecol y LHRH; estas respuestas exhibieron la misma diversidad de cambios de conductancia y dependencia del voltaje que se observó en los ganglios intactos. La activación de los receptores muscarínicos y peptidérgicos puede controlar los mecanismos iónicos compartidos en las células ganglionares individuales.

Sejnowski, TJ, Yodlowski, ML Un estudio de fractura por congelación del electrorreceptor de skate. (1982) Diario de Neurocitología. 11 (6): 897 912-.

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Sejnowski, TJ Transmisión sináptica peptidérgica en ganglios simpáticos. (1982) Procedimientos de la Federación. 41 (13): 2923 8-.

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Paton, JA, Kelley, DB, Sejnowski, TJ, Yodlowski, ML Mapeo del sistema nervioso central auditivo de Xenopus laevis con autorradiografía con 2-desoxiglucosa. (1982) Investigación del cerebro. 249 (1): 15 22-.

Reingold, Carolina del Sur, Sejnowski, TJ, Gelperin, A., Kelley, DB Autorradiografía con [3H]-2-desoxiglucosa en el sistema nervioso de un molusco. (1981) Investigación del cerebro. 208 (2): 416 20-.

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Sejnowski, TJ, Reingold, SC, Kelley, DB, Gelperin, A. Localización de [3H]-2-desoxiglucosa en neuronas de moluscos individuales. (1980) Naturaleza. 287 (5781): 449 51-.

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Sejnowski, TJ Restricciones estadísticas sobre la plasticidad sináptica. (1977) Revista de Biología Teórica. 69 (2): 385 9-.

Sejnowski, TJ Almacenamiento de covarianza con neuronas que interactúan de forma no lineal. (1977) Revista de Biología Matemática. 4 (4): 303 21-.

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Sejnowski, TJ Sobre la dinámica estocástica de la interacción neuronal. (1976) Cibernética Biológica. 22 (4): 203 11-.

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Terrence Sejnowski, PhD

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