Publications - Institut Salk d'études biologiques

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Tsuda, B., Pate, SC, Tye, KM, Siegelmann, HT, Sejnowski, TJ Les neuromodulateurs génèrent de multiples comportements pertinents au contexte dans les réseaux neuronaux récurrents. (2026) Calcul neuronal.:1-36 DOI : 10.1162/NECO.a.1489

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Keller, TA, Muller, L., Sejnowski, TJ, Welling, M. Une perspective spatio-temporelle sur le calcul dynamique dans les systèmes de traitement de l'information neuronale. (2026) ArXiv.

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Les flux spatio-temporels d'activité neuronale, tels que les ondes progressives, sont observés dans tout le cerveau depuis les premiers enregistrements ; pourtant, leur rôle fonctionnel reste encore mal compris. Des expériences et des modèles récents ont établi un lien entre les ondes progressives et le mouvement visuel et physique, mais ces observations peinent à être conciliées avec les explications classiques de la sélectivité topographique et des champs récepteurs à propagation directe. Nous présentons ici un cadre théorique qui formalise et généralise le lien entre le « mouvement » et la dynamique neuronale des ondes progressives dans le langage de la théorie des réseaux de neurones équivariants. Nous considérons le « mouvement » non seulement dans les espaces physiques ou visuels, mais aussi dans des espaces représentationnels plus abstraits, et nous soutenons que les dynamiques récurrentes de type onde progressive sont non seulement utiles, mais nécessaires au traitement précis et stable de tout signal subissant un tel mouvement. Formellement, nous montrons que pour qu'un réseau de neurones récurrent non trivial puisse traiter une séquence subissant une transformation de flux (comme un mouvement visuel) de manière équivariante structurée, la dynamique de ses états cachés doit activement réaliser une représentation homomorphe de ce même flux par le biais de la connectivité récurrente. Dans cette « perspective spatio-temporelle sur le calcul dynamique », les ondes progressives et les flux associés sont mieux compris comme des représentations dynamiques fidèles des flux de stimuli ; et par conséquent, l'inclination naturelle des systèmes biologiques vers une telle dynamique peut être considérée comme un biais inductif inné vers l'efficacité et la généralisation dans le monde dynamique structuré spatio-temporellement qu'ils habitent.

Wagner, M., Chen, Y., Karuvally, A., Cameron, M., Sejnowski, TJ Équilibrer la stabilité et le flux dans les réseaux hippocampiques via un biais inductif et une rupture de symétrie apprise. (2026) bioRxiv. DOI: 10.64898 / 2026.02.06.704443

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Sejnowski, TJ Mécanismes dynamiques de coordination de la mémoire de travail à long terme basés sur la précision du timing des potentiels d'action dans les neurones corticaux. (2025) ArXiv.

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Au cours du siècle dernier, la plupart des études sensori-motrices des neurones corticaux se sont appuyées sur les fréquences de décharge moyennes. Le codage par fréquence est efficace pour le traitement sensorimoteur rapide, qui se produit en quelques secondes. On connaît beaucoup moins la mémoire de travail à long terme, dont l'échelle de temps se compte en heures (Ericsson et Kintsch, 1995). La découverte de la précision milliseconde de l'initiation des potentiels d'action dans les neurones corticaux a été inattendue (Mainen et Sejnowski, 1995). Plus frappante encore était la précision de la décharge in vivo, en réponse à des entrées sensorielles fluctuantes, suggérant que les circuits neuronaux pourraient, en principe, préserver et manipuler l'information sensorielle grâce à la synchronisation des potentiels d'action. Ceci pourrait sous-tendre la plasticité synaptique dépendante de la synchronisation des potentiels d'action (STDP), déclenchée par la synchronisation relative des potentiels d'action entre les neurones pré- et postsynaptiques, à l'échelle de la milliseconde. Quels mécanismes de synchronisation des potentiels d'action pourraient réguler la STDP in vivo ? Des ondes progressives corticales ont été observées dans de nombreuses bandes de fréquences avec une grande précision temporelle. Les fronts d'onde de ces ondes progressives pourraient relier la synchronisation des potentiels d'action à la STDP. Lorsqu'un front d'onde traverse une colonne corticale, les synapses excitatrices des dendrites des cellules pyramidales et des cellules en panier sont stimulées de manière synchrone. Les cellules en panier inhibitrices forment un calice autour des corps cellulaires des cellules pyramidales, et le rebond inhibiteur consécutif à une forte hyperpolarisation transitoire peut déclencher un potentiel d'action rétrograde, qui arrive peu après les entrées excitatrices sur les dendrites pyramidales. La plasticité synaptique dépendante du temps (STDP) ainsi activée pourrait persister pendant des heures, créant un réseau de second niveau. Ce réseau temporaire pourrait soutenir la mémoire de travail à long terme, un réseau cognitif opérant au-dessus du réseau sensorimoteur à long terme. Pris individuellement, les ondes progressives et la STDP n'ont pas encore permis de mieux comprendre le fonctionnement du cortex. Combinés, ils pourraient expliquer nos modes de pensée (Sejnowski, 2025).

Pinto-Duarte, A., Bogue, K., Sejnowski, TJ, Srinivasan, S. Conservation de la densité gliale et des proportions de types cellulaires au sein d'une région cérébrale chez les mammifères. (2025) Nexus PNAS. 4(11):pgaf314. DOI : 10.1093/pnasnexus/pgaf314

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Nakahira, Y., Liu, Q., Deng, X., Sejnowski, TJ, Doyle, JC La diversité lève les limites des composants dans le contrôle sensorimoteur. (2025) Calcul neuronal.:1-24 DOI: 10.1162/neco.a.24

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Moreira, JPC, Carvalho, VR, Mendes, EMAM, Fallah, A., Sejnowski, TJ, Lainscsek, C., Comstock, L. Un ensemble de données EEG en libre accès pour le décodage de la parole : exploration du rôle de l'articulation et de la coarticulation. (2025) Données scientifiques. 12(1):1017. DOI: 10.1038/s41597-025-05187-2

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Kirk, LM, Garcia, GC, Hanka, DC, Zatyko, K., Bartol, T., Sejnowski, TJ, Harris, KM Les vésicules présynaptiques fournissent la membrane nécessaire à l'élargissement du bouton axonal pendant la LTP. (2025) bioRxiv. DOI: 10.1101 / 2025.04.29.651313

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Bartol, TM, Ordyan, M., Sejnowski, TJ, Rangamani, P., Kennedy, MB Un modèle spatial d'autophosphorylation de CaMKII prédit que la durée de vie de la phospho-CaMKII après l'induction de la plasticité synaptique est considérablement prolongée par le piégeage de CaM. (2025) Neurosciences synaptiques frontales 17:1547948. DOI : 10.3389/fnsyn.2025.1547948

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La potentialisation à long terme (PLT) est un processus biochimique qui sous-tend l'apprentissage dans les synapses glutamatergiques excitatrices du système nerveux central (SNC). Un facteur précoce essentiel de la LTP est l'autophosphorylation de l'enzyme postsynaptique abondante, la protéine kinase II dépendante de la calmoduline (CaMKII). L'autophosphorylation est initiée par le passage du Ca à travers les récepteurs NMDA activés par une forte activité synaptique. Sa durée de vie est finalement déterminée par l'équilibre des taux d'autophosphorylation et de déphosphorylation par la protéine phosphatase 1 (PP1). Nous avons modélisé ici l'autophosphorylation et la déphosphorylation de la CaMKII pendant l'activité synaptique dans une synapse spinale à l'aide de MCell4, un logiciel open source permettant de créer des modèles stochastiques et spatialement réalistes de la microchimie cellulaire basés sur des particules. Ce modèle intègre quatre modèles détaillés antérieurs portant sur des aspects distincts de la régulation de l'activité du calcium spinal et de la CaMKII. Chacun d'entre eux intègre des paramètres biochimiques mesurés expérimentalement et a été validé par des données expérimentales. Nous validons le modèle composite en montrant qu'il prédit avec précision les mesures expérimentales antérieures des effets de l'activation du récepteur NMDA, notamment la forte sensibilité de l'induction de la LTP à l'activité phosphatase et la persistance de l'autophosphorylation pendant quelques minutes après la fin de la stimulation synaptique. Nous utilisons ensuite ce modèle pour sonder des aspects difficiles à mesurer du mécanisme de régulation de l'autophosphorylation de la CaMKII. Nous examinons les effets du « piégeage de la CaM », un processus dans lequel l'affinité pour le Ca/CaM est multipliée par plusieurs centaines après l'autophosphorylation. Nous constatons que le piégeage de la CaM n'augmente pas la proportion de sous-unités autophosphorylées dans les holoenzymes après un stimulus complexe, comme nous l'avions supposé précédemment. Au contraire, le piégeage de la CaM pourrait prolonger considérablement la durée de vie de la CaMKII autophosphorylée grâce à l'encombrement stérique de la déphosphorylation par la protéine phosphatase 1. Ces résultats motivent la mesure expérimentale de l'ampleur de la suppression de la déphosphorylation de la CaMKII par la liaison Ca/CaM. Le modèle composite MCell4 des effets biochimiques de stimuli complexes dans les épines synaptiques constitue un nouvel outil puissant pour une analyse réaliste et détaillée des mécanismes de la plasticité synaptique.

Hur, M., Bartol, T., Rangamani, P., Sejnowski, T., Mjolsness, E. Morphodynamique de la tête de l'épine synaptique à partir des règles de grammaire des graphes pour la dynamique de l'actine. (2025) ArXiv.

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L'apprentissage synaptique comporte une composante morphodynamique : les variations de taille de la tête de l'épine dendritique (postsynaptique) sont associées au renforcement ou à l'affaiblissement de la connexion synaptique entre deux neurones, en réponse à la corrélation temporelle des signaux présynaptiques et postsynaptiques locaux. Ces facteurs morphologiques sont à leur tour modelés par la dynamique du cytosquelette d'actine. Dans cet article, nous utilisons des grammaires de graphes dynamiques (DGG) implémentées dans un système de calcul formel pour modéliser la croissance ou le rétrécissement dynamique des réseaux de filaments d'actine, remodelant ainsi la tête de l'épine. Les grammaires de graphes dynamiques (DGG) offrent un moyen bien défini de s'adapter à des structures de systèmes en évolution dynamique, telles qu'un cytosquelette actif représenté par des graphes dynamiques, dans le cadre de la physique statistique hors d'équilibre, selon l'équation maîtresse. Nous montrons que les DGG peuvent également intégrer les forces biophysiques entre objets connectés à un graphe à une échelle de temps plus fine, avec des règles cinétiques DGG spécialisées obéissant aux contraintes biophysiques d'invariance galiléenne, de conservation de l'impulsion et de dissipation de l'énergie globale conservée. Nous utilisons des fonctions d'énergie locales au graphe pour les réseaux de cytosquelette interagissant avec les membranes, et dérivons les règles DGG de la spécialisation de la dynamique stochastique dissipative – séparée en règles de type dissipatif et de type bruit thermique – vers une collection exhaustive et mutuellement exclusive de types de voisinage locaux au graphe pour les membres gauches des règles. Les règles dissipatives comprennent une version stochastique de la dynamique de descente de gradient. Les règles de type bruit thermique utilisent une approximation gaussienne de chaque coordonnée de position pour échantillonner les déplacements de type jitter. Pour le modèle de tête d'épine, nous avons conçu et implémenté des sous-modèles mathématiques de grammaire DGG incluant la croissance du réseau d'actine, la mécanique statistique hors d'équilibre et l'interaction mécanique filament-membrane pour réguler la réécriture des objets graphes. Nous simulons la biophysique émergente de réseaux simplifiés de polymères d'actine et leurs interactions avec les membranes. D'un point de vue biologique, nous observons les effets régulateurs de trois protéines de liaison à l'actine (ABP) sur la taille de la membrane et trouvons des preuves étayant les mécanismes de croissance membranaire.

Rungratsameetaweemana, N., Kim, R., Chotibut, T., Sejnowski, TJ Le bruit aléatoire favorise une dynamique synaptique hétérogène lente, importante pour un calcul robuste de la mémoire de travail. (2025) Actes de l'Académie nationale des sciences des États-Unis d'Amérique. 122(3):e2316745122. DOI : 10.1073/pnas.2316745122

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Hirakis, SP, Bartol, TM, Autin, L., Amaro, RE, Sejnowski, TJ Remodelage cardiaque électrophysique au niveau moléculaire : aperçu de l'activation du récepteur de la ryanodine et de la libération de calcium induite par le calcium à partir d'un modèle stochastique de particules explicites. (2024) Journal biophysique. DOI : 10.1016/j.bpj.2024.09.029

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Nous présentons le tout premier modèle stochastique entièrement discret de la dynamique déclenchée du calcium cardiaque. En utilisant des géométries anatomiquement précises de myocytes cardiaques subcellulaires, nous simulons les acteurs moléculaires impliqués dans la gestion du calcium à l'aide de méthodes stochastiques haute résolution et de particules explicites au niveau d'une jonction dyadique cardiaque individuelle. Intégrant des données provenant de multiples sources expérimentales, le modèle reproduit non seulement les résultats des études in silico traditionnelles et complète les données expérimentales in vitro, mais révèle également de nouvelles perspectives sur les mécanismes moléculaires à l'origine du dysfonctionnement cardiaque en conditions de stress et de maladie. Nous améliorons des modèles plus anciens, non discrets, utilisant la même géométrie réaliste en intégrant les mécanismes moléculaires de la libération de calcium induite par le calcium (CICR), spontanée et déclenchée. Les potentiels d'action sont utilisés pour activer les canaux calciques de type L (LTCC), déclenchant la CICR via les récepteurs à la ryanodine (RyR) à la surface du réticulum sarcoplasmique. Ces améliorations permettent de se concentrer spécifiquement sur le couplage : la relation structure-fonction entre LTCC et RyR. Nous étudions les effets électrophysiques des potentiels d'action normaux et pathologiques sur le CICR et étudions les effets de la déformation de la jonction dyadique par détubulation et orphelinisation de RyR. Nos travaux démontrent l'importance de l'intégrité électrophysique du CRU sur la fidélité du CICR, apportant ainsi un éclairage sur les bases moléculaires des maladies cardiaques. Enfin, nous fournissons une vision moléculaire unique et détaillée du processus CICR grâce à des techniques de rendu avancées. Ce modèle facile à utiliser est fourni avec des tutoriels et tous les logiciels nécessaires à son utilisation et à son analyse afin d'optimiser sa convivialité et sa reproductibilité. Nos travaux se concentrent sur la quantification, la qualification et la visualisation du comportement des espèces moléculaires qui sous-tendent le fonctionnement et le dysfonctionnement des systèmes cardiomyocytaires subcellulaires.

Patel, D., Sejnowski, T., Siegelmann, H. Optimisation des coûts d'attention et de contrôle cognitif à l'aide d'architectures à couches temporelles. (2024) Calcul neuronal.:1-30 DOI : 10.1162/neco_a_01718

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Muller, L., Churchland, PS, Sejnowski, TJ Transformateurs et ondes corticales : des encodeurs pour intégrer le contexte dans le temps. (2024) Tendances en neurosciences. DOI : 10.1016/j.tins.2024.08.006

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Comstock, L., Carvalho, VR, Lainscsek, C., Fallah, A., Sejnowski, TJ La stimulation magnétique transcrânienne facilite le décodage neuronal de la parole. (2024) Brain Sci. 14(9). DOI : 10.3390/brainsci14090895

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Carvalho, VR, Mendes, EMAM, Fallah, A., Sejnowski, TJ, Comstock, L., Lainscsek, C. Décodage de la parole imaginée avec analyse différentielle de retard. (2024) Frontières des neurosciences humaines. 18:1398065. DOI : 10.3389/fnhum.2024.1398065

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Chen, Y., Zhang, H., Cameron, M., Sejnowski, T. Apprentissage de séquences prédictives dans la formation hippocampique. (2024) Neuron. DOI: 10.1016 / j.neuron.2024.05.024

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Samavat, M., Bartol, TM, Harris, KM, Sejnowski, TJ Capacité de stockage d'informations synaptiques mesurée avec la théorie de l'information. (2024) Calcul neuronal. 36(5):781-802. DOI : 10.1162/neco_a_01659

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La variation de la force des synapses peut être quantifiée en mesurant leurs propriétés anatomiques. Quantifier la précision de la plasticité synaptique est fondamental pour comprendre le stockage et la récupération de l'information dans les circuits neuronaux. Les synapses d'un même axone sur une même dendrite ont une histoire commune de coactivation, ce qui en fait des candidates idéales pour déterminer la précision de la plasticité synaptique en fonction de la similarité de leurs dimensions physiques. Ici, la précision et la quantité d'informations stockées dans les dimensions des synapses ont été quantifiées grâce à la théorie de l'information de Shannon, élargissant ainsi une analyse antérieure utilisant la théorie de la détection du signal (Bartol et al., 2015). Les deux méthodes ont été comparées en utilisant les volumes des têtes d'épines dendritiques au milieu de la couche radiatum de l'aire hippocampique CA1 comme mesures précises de la force synaptique. La théorie de l'information a délimité le nombre de forces synaptiques distinctes en fonction de compartiments non chevauchants de volumes des têtes d'épines dendritiques. L'entropie de Shannon a été appliquée pour mesurer la capacité de stockage d'informations synaptiques (SISC). Elle a abouti à une limite inférieure de 4.1 bits et à une limite supérieure de 4.59 bits d'information, basées sur 24 tailles distinguables. Nous avons ensuite comparé la distribution des tailles distinguables et une distribution uniforme grâce à la divergence de Kullback-Leibler et avons découvert une distribution quasi uniforme des volumes des têtes de colonne vertébrale selon les tailles, suggérant une utilisation optimale des valeurs distinguables. Ainsi, la SISC fournit une nouvelle mesure analytique généralisable pour sonder la force synaptique et la capacité de plasticité dans différentes régions cérébrales de différentes espèces et chez des animaux élevés dans des conditions différentes ou pendant l'apprentissage. L'impact des maladies et troubles cérébraux sur la précision de la plasticité synaptique peut également être étudié.

Husar, A., Ordyan, M., Garcia, GC, Yancey, JG, Saglam, AS, Faeder, JR, Bartol, TM, Kennedy, MB, Sejnowski, TJ MCell4 avec BioNetGen : un simulateur Monte Carlo de systèmes de réaction-diffusion basés sur des règles avec interface Python. (2024) Biologie computationnelle PLOS. 20(4):e1011800. DOI : 10.1371/journal.pcbi.1011800

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Bartol, TM, Ordyan, M., Sejnowski, TJ, Rangamani, P., Kennedy, MB Un modèle spatial d'autophosphorylation de CaMKII dans une épine glutamatergique suggère un mécanisme cinétique piloté par le réseau pour les changements bistables de la force synaptique. (2024) bioRxiv. DOI: 10.1101 / 2024.02.02.578696

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Sameni, S., Bartol, TM, Corey-Bloom, J., Sejnowski, TJ Des simulations informatiques prédisent l’impact de l’atrophie neuronale sur la dynamique du calcium dans la maladie de Huntington. (2024) Nexus 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 potentialisation à long terme produit une expansion soutenue de la capacité de stockage d'informations synaptiques dans l'hippocampe du rat adulte. (2024) bioRxiv. DOI: 10.1101 / 2024.01.12.574766

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La potentialisation à long terme (PLT) est devenue un modèle standard pour l'étude des mécanismes synaptiques de l'apprentissage et de la mémoire. Il est de plus en plus intéressant de comprendre comment la PLT affecte la capacité de stockage de l'information synaptique de la population ciblée de synapses. Ici, la plasticité synaptique structurelle pendant la PLT a été explorée par reconstruction tridimensionnelle à partir de coupes en microscopie électronique. La capacité de stockage a été évaluée en appliquant une nouvelle approche analytique, la théorie de l'information de Shannon, afin de délimiter le nombre de forces synaptiques fonctionnellement différenciées. La PLT a été induite par stimulation par salve delta des entrées de la voie perforante dans la couche moléculaire moyenne des cellules granuleuses dentées de l'hippocampe chez le rat adulte. Les volumes de la tête de l'épine dorsale ont été mesurés comme prédicteurs de la force synaptique et comparés entre les hémisphères LTP et témoin 30 minutes et 2 heures après l'induction de la PLT. Les synapses d'un même axone sur une même dendrite ont été utilisées pour déterminer la précision de la plasticité synaptique en fonction de la similarité de leurs dimensions physiques. L'entropie de Shannon a été mesurée en exploitant la fréquence des têtes d'épines de tailles fonctionnellement différenciées afin d'évaluer le degré d'altération du LTP sur le nombre de bits de stockage d'informations. Les résultats de ces analyses révèlent que le LTP a augmenté la capacité de stockage ; la distribution des volumes des têtes d'épines est passée de 2 bits chez les témoins à 3 bits 30 minutes et 2.7 bits 2 heures après l'induction du LTP. De plus, la distribution des volumes des têtes d'épines était plus uniforme sur l'ensemble des tailles fonctionnellement différenciées après le LTP, permettant ainsi une utilisation plus efficace de l'espace de codage au sein de la population synaptique.

Lainscsek, C., Salami, P., Carvalho, VR, Mendes, EMAM, Fan, M., Cash, SS, Sejnowski, TJ Analyse différentielle du retard réseau-motif de l'activité cérébrale pendant les crises. (2023) Le chaos. 33(12). DOI : 10.1063/5.0165904

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Tsuda, B., Richmond, BJ, Sejnowski, TJ Exploration des différences de stratégie entre les humains et les singes avec des réseaux neuronaux récurrents. (2023) Biologie computationnelle PLOS. 19(11):e1011618. DOI : 10.1371/journal.pcbi.1011618

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Les modèles animaux sont utilisés pour comprendre les principes de la biologie humaine. En neurosciences cognitives, les primates non humains sont considérés comme le modèle privilégié pour l'étude des comportements décisionnels, où des expériences de manipulation directe sont encore possibles. Des études de renom ont mis en évidence des divergences majeures entre la cognition du singe et celle de l'homme, soulignant des problèmes d'extrapolation non vérifiée du singe à l'homme. Nous utilisons ici un système de modélisation parallèle – les réseaux de neurones artificiels (RNA) – pour étudier une divergence bien établie, identifiée entre les singes et les humains lors d'une tâche de mémoire de travail. Dans cette tâche, les singes semblent utiliser une stratégie basée sur la récence, tandis que les humains utilisent une stratégie sélective de la cible. Nous constatons que les RNA entraînés sur la même tâche présentent une progression comportementale allant d'un comportement aléatoire (non entraîné) à un comportement proche de la récence (entraîné partiellement), puis à un comportement sélectif (entraîné), suggérant que les singes et les humains pourraient se situer à des stades différents de la même progression globale d'apprentissage. Étonnamment, ce qui semble être un comportement de type récence dans le réseau neuronal artificiel (RNA) est en réalité une propriété émergente, non récence, de l'organisation de l'espace d'état du réseau neuronal au cours de son développement par l'entraînement. Nous constatons que l'encouragement explicite d'un comportement de récence pendant l'entraînement a un double effet : non seulement il accentue ce comportement, mais il accélère également le processus d'apprentissage, créant ainsi un mécanisme de modelage efficace pour atteindre la stratégie optimale. Nos résultats suggèrent une nouvelle explication à l'écart observé entre les singes et les humains et révèlent que ce qui peut apparaître comme une stratégie récence dans certains cas peut ne pas être récence du tout.

Lainscsek, C., Mendes, EMAM, Salgado, GHO, Sejnowski, TJ Transformations qui préservent l'unicité de la forme différentielle pour les systèmes de type Lorenz. (2023) Le chaos. 33(10). DOI : 10.1063/5.0156237

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Garcia, GC, Gupta, K., Bartol, TM, Sejnowski, TJ, Rangamani, P. La morphologie mitochondriale régit le taux de production d'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 rétroaction interne dans la boucle perception-action corticale permet un comportement rapide et précis. (2023) Actes de l'Académie nationale des sciences des États-Unis d'Amérique. 120(39):e2300445120. DOI : 10.1073/pnas.2300445120

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Les animaux se déplacent avec fluidité et fiabilité dans des environnements imprévisibles. Les modèles de contrôle sensorimoteur, s'appuyant sur la théorie du contrôle, supposent que les informations sensorielles provenant de l'environnement induisent des actions, lesquelles agissent ensuite en retour sur l'environnement, créant ainsi une boucle perception-action unique et unidirectionnelle. Cependant, cette boucle sensorimotrice présente des retards internes dans les voies sensorielles et motrices, ce qui peut entraîner un contrôle instable. Nous démontrons ici que ces retards peuvent être compensés par des signaux de rétroaction internes qui circulent en sens inverse, des zones motrices vers les zones sensorielles. Cette rétroaction interne est omniprésente dans les systèmes neuronaux sensorimoteurs, et nous montrons comment elle compense ces retards. Ceci est réalisé en filtrant les changements auto-générés et prévisibles, afin que les informations imprévues et exploitables puissent être rapidement transmises vers l'action par les composants les plus rapides, compressant ainsi efficacement les entrées sensorielles pour une utilisation plus efficace des voies de rétroaction. Les faisceaux de neurones rapides et géants transmettent nécessairement des signaux moins précis que les faisceaux composés de nombreux neurones plus petits, mais ils sont essentiels à un comportement rapide et précis. Nous utilisons un modèle de contrôle mathématiquement exploitable pour démontrer que la rétroaction interne joue un rôle indispensable dans l'estimation de l'état, la localisation fonctionnelle (comment différentes parties du cortex contrôlent différentes parties du corps) et l'attention, autant de fonctions essentielles à un contrôle sensorimoteur efficace. Ce modèle de contrôle permet d'expliquer des observations anatomiques, physiologiques et comportementales, notamment les signaux moteurs dans le cortex visuel, la cinétique hétérogène des récepteurs sensoriels et la présence de cellules géantes dans le cortex humain, ainsi que les schémas de rétroaction interne et l'hétérogénéité inexpliquée des systèmes neuronaux.

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. Catalyser l'intelligence artificielle de nouvelle génération grâce à NeuroAI. (2023) Nature Communications. 14(1):1597. DOI: 10.1038/s41467-023-37180-x

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Sejnowski, TJ Grands modèles de langage et test de Turing inversé. (2023) Calcul neuronal.:1-34 DOI : 10.1162/neco_a_01563

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Les grands modèles de langage (LLM) ont été transformateurs. Ce sont des modèles fondamentaux pré-entraînés, auto-supervisés et adaptables, avec des ajustements précis, à un large éventail de tâches en langage naturel, chacune nécessitant auparavant un modèle de réseau distinct. Ceci constitue un pas de plus vers l'extraordinaire polyvalence du langage humain. GPT-3 et, plus récemment, LaMDA, deux LLM, peuvent dialoguer avec des humains sur de nombreux sujets après une préparation minimale à l'aide de quelques exemples. Cependant, la question de savoir si ces LLM comprennent ce qu'ils disent ou font preuve d'intelligence a suscité de nombreuses réactions et débats. Cette forte variation est illustrée par trois entretiens avec des LLM aboutissant à des conclusions radicalement différentes. Une nouvelle possibilité a été découverte qui pourrait expliquer cette divergence. Ce qui semble être de l'intelligence chez les LLM pourrait en fait être un miroir de l'intelligence de l'intervieweur, une particularité remarquable qui pourrait être considérée comme un test de Turing inversé. Si tel est le cas, l'étude des entretiens nous permettra peut-être d'en apprendre davantage sur l'intelligence et les convictions de l'intervieweur que sur celle des titulaires de LLM. À mesure que les LLM gagneront en compétences, ils pourraient transformer notre façon d'interagir avec les machines et leurs interactions entre elles. De plus en plus, les LLM sont associés à des dispositifs sensorimoteurs. Les LLM peuvent parler, mais peuvent-ils agir ? Une feuille de route pour parvenir à une autonomie générale artificielle est présentée dans cet ouvrage, avec sept améliorations majeures inspirées des systèmes cérébraux et la manière dont les LLM pourraient à leur tour être utilisés pour découvrir de nouvelles perspectives sur le fonctionnement cérébral.

Bermperidis, T., Schafer, S., Gage, FH, Sejnowski, T., Torres, EB L'interrogation dynamique des trajectoires du transcriptome stochastique à l'aide de gènes associés à la maladie révèle des origines distinctes des troubles neurologiques et psychiatriques. (2023) Frontières en neurosciences. 16:884707. DOI : 10.3389/fnins.2022.884707

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L'accès libre aux données génomiques offre de nouvelles opportunités pour revisiter d'anciens débats cliniques sous un angle différent. Nous examinons à nouveau la question de savoir si les troubles psychiatriques et neurologiques diffèrent les uns des autres en évaluant le pool de gènes associés à des troubles considérés comme psychiatriques ou neurologiques. Nous le faisons dans le contexte des données transcriptomiques suivies lors de la différenciation et de la transformation en neurones de cellules souches embryonnaires humaines. En nous appuyant sur des couches probabilistes de complexité croissante, nous décrivons la dynamique et les trajectoires stochastiques du transcriptome complet et des gènes intégrés associés aux troubles psychiatriques et/ou neurologiques. Des distributions marginales de l'expression d'un gène sur des centaines de cellules aux interactions conjointes prises globalement pour déterminer le degré de dépendance par paires, en passant par les réseaux dérivés de graphes probabilistes le long d'arbres couvrants maximaux, nous avons découvert deux classes de gènes fondamentalement différentes qui sous-tendent ces troubles et les différencient. L'une de ces classes présente une plus grande variabilité d'expression et des dépendances plus faibles (gènes à forte variabilité d'expression – HEV) ; L'autre présente une variabilité plus faible et des dépendances plus élevées (gènes à faible variabilité d'expression – LEV). Ils donnent naissance à différentes architectures de réseau et à différents états de transition. Les gènes HEV présentent de grands hubs et une topologie fragile, tandis que les gènes LEV présentent un code plus distribué pendant la maturation vers l'état neuronal. Les gènes LEV stimulent la différenciation entre troubles psychiatriques et neurologiques, également au niveau des tissus du cerveau, de la moelle épinière et des glandes. Ces gènes, avec leur faible variabilité et leurs états ON/OFF asynchrones, traités comme des données brutes et exclus des analyses traditionnelles, nous aident à trancher ce vieux débat à plusieurs niveaux d'investigation.

Rungratsameetaweemana, N., Lainscsek, C., Cash, SS, Garcia, JO, Sejnowski, TJ, Bansal, K. La dynamique du réseau cérébral codifie l’hétérogénéité dans l’évolution des crises. (2022) Cerveau Commun. 4(5):fcac234. DOI : 10.1093/braincomms/fcac234

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La connectivité cérébrale fonctionnelle dynamique facilite la cognition et le comportement adaptatifs. Des altérations anormales de cette connectivité pourraient entraîner des perturbations fonctionnelles observées dans diverses affections neurologiques. L'épilepsie, l'un des troubles neurologiques les plus courants, se caractérise par la survenue apparemment aléatoire de crises spontanées. Une question centrale, mais non résolue, concerne les mécanismes par lesquels la dynamique de propagation des crises, extrêmement diversifiée, émerge. Nous avons appliqué une approche basée sur la théorie des graphes pour évaluer les reconfigurations dynamiques de la connectivité cérébrale fonctionnelle avant, pendant et après des crises présentant des schémas de propagation hétérogènes malgré des débuts corticaux similaires. Nous avons calculé des réseaux de connectivité cérébrale fonctionnelle variables dans le temps à partir d'enregistrements intracrâniens humains de 67 crises (chez 14 patients) d'origine focale ; 49 de ces crises focales sont restées focales et 18 ont connu une propagation bilatérale (de crises focales à bilatérales tonico-cloniques). Nous avons utilisé comme contrôle les réseaux de connectivité fonctionnelle estimés à partir des périodes intercritiques chez les patients. Nos résultats caractérisent les caractéristiques du réseau qui quantifient la dynamique fonctionnelle sous-jacente associée à l'hétérogénéité observée de la propagation des crises entre ces deux types de crises focales. Le décodage de ces caractéristiques du réseau démontre que la propagation bilatérale de l'activité épileptique résulte d'un déséquilibre entre l'intégration et la ségrégation globales dans le cerveau avant le début de la crise. Nous montrons qu'il existe des signatures de réseau intrinsèques précédant le début de la crise, associées à l'ampleur de la propagation d'une crise imminente dans le cerveau (c'est-à-dire, rester dans un hémisphère ou se propager transcalleuse). De plus, ces caractéristiques caractérisent une augmentation de la ségrégation et une diminution de l'excitabilité au sein du réseau cérébral (c'est-à-dire, une modularité élevée et un faible rayon spectral). Il est important de noter que des différences spécifiques au type de crise dans ces caractéristiques apparaissent plusieurs minutes avant le début de la crise, suggérant l'utilité potentielle de telles mesures dans les stratégies d'intervention. Enfin, nos résultats révèlent des caractéristiques du réseau au début qui sont propres aux mécanismes de propagation des deux sous-types de crises focales les plus courants, indiquant des processus de reconfiguration distincts susceptibles de favoriser la fin de chaque type de crise. Ensemble, nos résultats apportent un éclairage sur la relation entre l'évolution temporelle de l'activité épileptique et la dynamique de connectivité fonctionnelle sous-jacente. Ces résultats ouvrent des perspectives prometteuses où des mesures basées sur la théorie des graphes pourraient potentiellement guider les interventions cliniques personnalisées pour l'épilepsie et d'autres troubles neurologiques, où une grande hétérogénéité est observée entre les sous-types, ainsi qu'entre les patients et au sein d'un même patient.

Chen, Y., Rosen, BQ, Sejnowski, TJ La covariance différentielle dynamique récupère la structure du réseau directionnel dans les systèmes neuronaux multi-échelles. (2022) Actes de l'Académie nationale des sciences des États-Unis d'Amérique. 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 Principes émergents de l'espace-temps dans le cerveau : rapport de réunion sur la neurodynamique spatiale. (2022) Neuron. 110(12):1894-1898. DOI : 10.1016/j.neuron.2022.05.018

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Chen, Y., Bukhari, Q., Lin, TW, Sejnowski, TJ La connectivité fonctionnelle de l'IRMf utilisant la covariance différentielle prédit la connectivité structurelle et les temps de réaction comportementale. (2022) Neurosciences des réseaux. 6(2):614-633. DOI : 10.1162/netn_a_00239

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Garcia, JW, Bartol, TM, Sejnowski, TJ Modélisation multi-échelle de la dynamique présynaptique de l'échelle moléculaire à l'échelle mésoscopique. (2022) Biologie computationnelle PLOS. 18(5):e1010068. DOI : 10.1371/journal.pcbi.1010068

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Les synapses chimiques présentent un large éventail de mécanismes internes qui influencent la dynamique de l'efficacité de la transmission. Nombre de ces processus, tels que la libération de neurotransmetteurs et le recyclage des vésicules, dépendent fortement de l'afflux et de l'accumulation de Ca2+, dépendants de l'activité. Modéliser l'impact de chacun de ces processus sur le traitement de l'information dans les circuits neuronaux, et la manière dont leur dysfonctionnement peut conduire à des pathologies, nécessite un cadre de modélisation performant, capable de générer une phénoménologie précise sans engendrer de coûts de calcul importants par synapse. La construction d'un modèle phénoménologiquement réaliste nécessite une caractérisation précise du moment et de la probabilité de libération des neurotransmetteurs. Des difficultés surviennent : les formes fonctionnelles du taux de libération instantané peuvent être difficiles à extraire de données bruitées sans effectuer plusieurs milliers d'essais. De plus, dans les synapses biophysiques, la facilitation de la probabilité de libération par vésicule est perturbée par la déplétion. Pour surmonter ce problème, nous avons obtenu des traces de concentration de Ca2+ libre en réponse à divers trains de stimuli potentiels d'action à partir d'un modèle moléculaire MCell d'un axone collatéral de Schaffer hippocampique. Des capteurs de Ca2+ ont été placés à différentes distances d'un groupe de canaux calciques voltage-dépendants (VDCC), et le Ca2+ a été tamponné par la calbindine. Ensuite, en utilisant les traces de calcium pour piloter des modèles de vecteurs d'état déterministes des synaptotagmines 1 et 7 (Syt-1/7), qui médient respectivement la libération synchrone et asynchrone dans les synapses hippocampiques excitatrices, nous avons obtenu des profils haute résolution du taux de libération instantané, auxquels nous avons appliqué des ajustements fonctionnels. La libération synchrone des vésicules s'est produite principalement à moins d'un demi-micron de la source d'influx de Ca2+ provoqué par le pic, tandis que la libération asynchrone s'est produite de manière plus constante à toutes les distances. Les mécanismes rapides et lents ont présenté des courbes de taux de libération multiexponentielles, dont les amplitudes décroissaient de manière exponentielle avec la distance de la source de Ca2+. Les paramètres de profil facilitent la libération vésiculaire à différentes échelles de temps selon une fonction de facilitation unique et générale. Ces descriptions fonctionnelles jettent les bases d'une modélisation efficace à mésoéchelle de la dynamique de libération vésiculaire.

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-Garcia, I., Pang, Y., Sejnowski, TJ, Powell, SB, Ecker, JR, Mukamel, EA, Behrens, MM L'inactivation de Dnmt3a dans les neurones excitateurs altère la maturation synaptique postnatale et augmente la modification répressive de l'histone H3K27me3. (2022) Évie. 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 Maintenez cette pose : capture de la gravité de la déviation de la tête de la dystonie cervicale à partir d'une vidéo. (2022) Ann Clin Transl Neurol. DOI : 10.1002/acn3.51549

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Budzinski, RC, Nguyen, TT, Đoàn, J., Mináč, J., Sejnowski, TJ, Muller, LE La géométrie unit la synchronie, les chimères et les ondes dans les réseaux d'oscillateurs non linéaires. (2022) Le chaos. 32(3):031104. DOI : 10.1063/5.0078791

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Wagner, M., Bartol, TM, Sejnowski, TJ, Cauwenberghs, G. Abstractions de chaîne de Markov de la réaction-diffusion électrochimique dans la transmission synaptique pour le calcul neuromorphique. (2021) Frontières en neurosciences. 15:698635. DOI : 10.3389/fnins.2021.698635

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Mendelsohn, R., Garcia, 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. Principes morphologiques des mitochondries neuronales. (2021) Journal de neurologie comparée. DOI : 10.1002/cne.25254

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Davis, ZW, Benigno, GB, Fletterman, C., Desbordes, T., Steward, C., Sejnowski, TJ, Reynolds, JH, Muller, L. Les ondes progressives spontanées émergent naturellement des retards temporels des fibres horizontales et se déplacent à travers des états localement asynchrones-irréguliers. (2021) Nature Communications. 12(1):6057. DOI: 10.1038/s41467-021-26175-1

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Li, Y., Kim, R., Sejnowski, TJ Apprentissage de la dynamique membranaire synaptique et intrinsèque sous-jacente à la mémoire de travail dans les modèles de réseaux neuronaux à pointes. (2021) Calcul neuronal.:1-24 DOI : 10.1162/neco_a_01409

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Lainscsek, C., Cash, SS, Sejnowski, TJ, Kurths, J. L'ergodicité dynamique DDA révèle la structure causale dans les séries chronologiques. (2021) Le chaos. 31(10):103108. DOI : 10.1063/5.0063724

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Hayes, TL, Krishnan, GP, Bazhenov, M., Siegelmann, HT, Sejnowski, TJ, Kanan, C. Replay en apprentissage profond : approches actuelles et éléments biologiques manquants. (2021) Calcul neuronal.:1-44 DOI : 10.1162/neco_a_01433

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Nakahira, Y., Liu, Q., Sejnowski, TJ, Doyle, JC Points forts liés à la diversité dans les architectures en couches et compromis vitesse-précision dans le contrôle sensorimoteur. (2021) Actes de l'Académie nationale des sciences des États-Unis d'Amérique. 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 dépression à long terme dépendante du NMDAR est associée à une plasticité à court terme accrue par la perte de PSD-95 induite par l'autophagie. (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. Le réticulum endoplasmique présynaptique régule la plasticité à court terme des synapses hippocampiques. (2021) Biologie des communications. 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 Inversion pharmacologique de la pathologie synaptique et du réseau dans les neurones humains MECP2-KO et les organoïdes corticaux. (2021) EMBO Médecine Moléculaire. 13(1):e12523. DOI : 10.15252/emmm.202012523

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Kim, R., Sejnowski, TJ Une forte signalisation inhibitrice sous-tend une dynamique temporelle stable et une mémoire de travail dans les réseaux neuronaux à pointes. (2020) Nature Neuroscience. DOI : 10.1038/s41593-020-00753-w

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Tsuda, B., Tye, KM, Siegelmann, HT, Sejnowski, TJ Un cadre de modélisation pour l'apprentissage adaptatif tout au long de la vie avec transfert et épargne via le contrôle dans le cortex préfrontal. (2020) Actes de l'Académie nationale des sciences des États-Unis d'Amérique. DOI: 10.1073 / pnas.2009591117

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Davis, W., Muller, L., Martinez-Trujillo, J., Sejnowski, T., Reynolds, JH Les ondes corticales progressives spontanées régissent la perception chez les primates en bonne santé (2020) Nature. DOI : https://www.nature.com/articles/s41586-020-2802-y.

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Sejnowski, T. Charles Gross : Mentor, Maestro, Homme. (2020) Progrès en neurobiologie.:101926 DOI: 10.1016/j.pneurobio.2020.101926

Gonzalez, CE, Lainscsek, C., Sejnowski, TJ, Letellier, C. Évaluation de l'observabilité des systèmes chaotiques à l'aide de l'analyse différentielle à retard. (2020) Le chaos. 30(10):103113. DOI : 10.1063/5.0015533

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Sobczak, F., He, Y., Sejnowski, TJ, Yu, X. Prédiction de la fluctuation du signal IRMf avec des réseaux neuronaux récurrents formés sur la dynamique du réseau vasculaire. (2020) Cortex cérébral. DOI : 10.1093/cercor/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., Tank, DW, Tsao, D., Van Essen, DC L'esprit d'une souris. (2020) Téléphone 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 Covariance différentielle : une nouvelle méthode pour estimer la connectivité fonctionnelle en IRMf. (2020) Calcul neuronal.:1-33 DOI : 10.1162/neco_a_01323

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Ordyan, M., Bartol, T., Kennedy, M., Rangamani, P., Sejnowski, T. Les interactions entre la calmoduline et la neurogranine régissent la dynamique de la CaMKII en tant qu'intégrateur fuyant. (2020) Biologie computationnelle PLOS. 16(7):e1008015. DOI : 10.1371/journal.pcbi.1008015

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La kinase II dépendante de la calmoduline (CaMKII) est connue depuis longtemps pour son rôle important dans l'apprentissage et la mémoire, ainsi que dans la potentialisation à long terme (PLT). Plus récemment, il a été suggéré qu'elle pourrait être impliquée dans le moyennage temporel des signaux synaptiques, ce qui pourrait conduire à une haute précision de l'information stockée au niveau d'une synapse unique. Cependant, le rôle de la neurogranine (Ng), molécule d'échafaudage, dans la régulation de la dynamique de la CaMKII n'est pas encore totalement compris. Dans ce travail, nous adoptons une approche de modélisation basée sur des règles, par la méthode de Monte Carlo, pour étudier l'effet des signaux calciques sur la dynamique de la phosphorylation de la CaMKII dans la densité postsynaptique (DPS). Des pics calciques sont observés dans les épines synaptiques lors d'un PPSE et d'un potentiel d'action rétropropagatif, dus à l'ouverture des récepteurs NMDA et des canaux calciques voltage-dépendants. À l'aide de modèles à base d'agents, nous étudions par ordinateur la dynamique de phosphorylation des monomères de CaMKII et des holoenzymes dodécamériques. La molécule d'échafaudage, Ng, lorsqu'elle est présente en concentration significative, limite la disponibilité de la calmoduline libre (CaM), la protéine qui active la CaMKII en présence de calcium. Nous montrons que Ng joue un rôle modulateur important dans la phosphorylation de la CaMKII suite à une forte concentration en calcium. Nous trouvons une dépendance non intuitive de cet effet à la concentration en CaM, résultant des différentes affinités de la CaM pour la CaMKII selon le nombre d'ions calcium liés à la première. Il a été démontré précédemment qu'en l'absence de phosphatase, les monomères de CaMKII intègrent des signaux Ca2+ de certaines fréquences par autophosphorylation (Pepke et al., Plos Comp. Bio., 2). Nous étudions également l'effet de multiples pics calciques sur l'autophosphorylation de l'holoenzyme CaMKII et montrons qu'en présence de phosphatase, la CaMKII se comporte comme un intégrateur fuyant des signaux calciques, un résultat récemment observé in vivo. Nos modèles prédisent que les paramètres de cet intégrateur fuyant sont finement ajustés par les interactions de Ng, CaM, CaMKII et PP2010, fournissant un mécanisme permettant de contrôler précisément la sensibilité des synapses aux signaux calciques. Résumé de l'auteur non valable pour les soumissions PLOS ONE.

Goncalves, J., Bartol, TM, Camus, C., Levet, F., Menegolla, AP, Sejnowski, TJ, Sibarita, JB, Vivaudou, M., Choquet, D., Hosy, E. Co-organisation et coactivation à l'échelle nanométrique d'AMPAR, NMDAR et mGluR au niveau des synapses excitatrices. (2020) Actes de l'Académie nationale des sciences des États-Unis d'Amérique. DOI: 10.1073 / pnas.1922563117

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Filimon, F., Nelson, JD, Sejnowski, TJ, Sereno, Michigan, Cottrell, Géorgie Le striatum ventral dissocie l’attente d’information, l’anticipation de récompense et la réception de récompense. (2020) Actes de l'Académie nationale des sciences des États-Unis d'Amérique. DOI: 10.1073 / pnas.1911778117

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DAS, A., Cash, SS, Sejnowski, TJ Hétérogénéité de la dynamique préictale dans les crises d'épilepsie humaines. (2020) Accès IEEE. 8:52738-52748. DOI : 10.1109/access.2020.2981017

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Il est généralement admis qu'il existe une phase pré-ictale dans le développement d'une crise, et que cette période pré-ictale constitue la base des tentatives de prédiction des crises. Cette étude se concentre sur la dynamique spatio-temporelle globale pré-ictale et sa variabilité intra-patient. Nous avons analysé la connectivité cérébrale pré-ictale à large bande à partir d'enregistrements d'électrocorticographie (ECoG) humaine de 185 crises (dont 116 crises cliniques) collectés auprès de 12 patients. Les électrodes d'ECoG n'enregistrent qu'une partie du cortex, laissant de larges régions du cerveau inobservées. La connectivité cérébrale a donc été estimée à l'aide de la méthode SLRPM (sparse-plus-latent-regularized precision matrix), qui calcule la connectivité à partir de corrélations partielles des statistiques conditionnelles des régions observées compte tenu des régions latentes non observées. La connectivité cérébrale a été quantifiée à l'aide de la centralité des vecteurs propres (EC), à partir de laquelle un degré d'hétérogénéité a été calculé pour les périodes pré-ictales de toutes les crises chez chaque patient. Les résultats de la méthode SLRPM sont comparés à ceux de la matrice de précision régularisée clairsemée (SRPM) et des méthodes de corrélation, qui ne tiennent pas compte des données non observées lors de l'estimation de la connectivité cérébrale. Le degré d'hétérogénéité estimé par la méthode SLRPM est supérieur à celui estimé par les méthodes SRPM et de corrélation pour les périodes pré-ictales chez la plupart des patients. Ces résultats révèlent une hétérogénéité ou une désynchronisation substantielle des zones cérébrales pendant la période pré-ictale des crises d'épilepsie humaines. De plus, la méthode SLRPM identifie davantage de canaux d'initiation à partir des électrodes actives pré-ictales que les méthodes SRPM et de corrélation. Enfin, la corrélation entre le degré d'hétérogénéité et la gravité des crises chez les patients pour les méthodes SLRPM et SRPM était inférieure à celle obtenue avec la méthode de corrélation. Ces résultats corroborent les récentes découvertes suggérant que les neurones inhibiteurs peuvent avoir des effets anti-épileptiques en induisant une variabilité ou une hétérogénéité entre les crises. Comprendre comment cette variabilité est liée à l'initiation des crises pourrait permettre de meilleures prédictions et de mieux contrôler les traitements.

Sejnowski, TJ L’efficacité déraisonnable de l’apprentissage profond en intelligence artificielle. (2020) Actes de l'Académie nationale des sciences des États-Unis d'Amérique. DOI: 10.1073 / pnas.1907373117

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Garcia, GC, Bartol, TM, Phan, S., Bushong, EA, Perkins, G., Sejnowski, TJ, Ellisman, MH, Skupin, A. La morphologie mitochondriale fournit un mécanisme de tamponnement énergétique au niveau des synapses. (2019) Rapports scientifiques. 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 cycle de vésicules présynaptiques discret pour les récepteurs neuromodulateurs. (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 modèle multi-états du dodécamère CaMKII suggère un rôle de la calmoduline dans le maintien de l'autophosphorylation. (2019) Biologie computationnelle PLOS. 15(12):e1006941. DOI : 10.1371/journal.pcbi.1006941

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La protéine kinase II dépendante du Ca2+/calmoduline (CaMKII) représente jusqu'à 2 % de toutes les protéines cérébrales et est essentielle à la fonction mnésique. L'activité de la CaMKII est connue pour réguler les variations dynamiques de la taille et de la force de signalisation des connexions neuronales, un processus appelé plasticité synaptique. De plus en plus, des modèles informatiques sont utilisés pour explorer la plasticité synaptique et les mécanismes régulant l'activité de la CaMKII. Les approches de modélisation conventionnelles peuvent exclure des détails biophysiques en raison du nombre limité de combinaisons d'états qui apparaissent lors de l'observation explicite des changements conformationnels, de la liaison des ligands et des événements de phosphorylation survenant sur chacune des sous-unités de l'holoenzyme CaMKII. Afin de gérer l'explosion combinatoire sans biais ni perte de précision biologique, nous utilisons une syntaxe spécialisée dans le logiciel MCell pour créer un modèle basé sur des règles d'une holoenzyme CaMKII à douze sous-unités. Nous validons ici ce modèle basé sur des règles par rapport à des mesures expérimentales antérieures de l'activité de la CaMKII et étudions les mécanismes moléculaires de sa régulation. Plus précisément, nous explorons comment la liaison Ca2+/CaM peut à la fois stabiliser l'activation de la sous-unité CaMKII et réguler le maintien de l'autophosphorylation de la CaMKII. Notant que la Ca2+/CaM et les protéines phosphatases se lient à la CaMKII à des sites proches ou chevauchants, nous comparons des scénarios modèles dans lesquels la Ca2+/CaM et la protéine phosphatase s'excluent ou non structurellement mutuellement. Nos résultats suggèrent un mécanisme fonctionnel pour le phénomène dit de « piégeage de la CaM », dans lequel la Ca2+/CaM peut exclure structurellement la liaison de la phosphatase et ainsi prolonger l'autophosphorylation de la CaMKII. Nous concluons que la protection structurale de la CaMKII autophosphorylée par la Ca2+/CaM pourrait être un mécanisme important pour la régulation de la plasticité synaptique.

Lainscsek, C., Rungratsameetaweemana, N., Cash, SS, Sejnowski, TJ Les états chimériques corticaux prédisent les crises d’épilepsie. (2019) Le chaos. 29(12):121106. DOI : 10.1063/1.5139654

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Ruiz-Martínez, , Bartol, TM, Sejnowski, TJ, Tartakovsky, DM Algorithme hybride auto-ajustable stochastique pour les systèmes de réaction-diffusion. (2019) Journal de physique chimique. 151(24):244117. DOI : 10.1063/1.5125022

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Siddharth, S., Jung, TP, Sejnowski, TJ Impact du contenu multimédia affectif sur l'électroencéphalogramme et les expressions faciales. (2019) Rapports scientifiques. 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. Le noyau n’affecte pas significativement les trajectoires migratoires des amibes dans les environnements bidimensionnels. (2019) Rapports scientifiques. 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. Initiative BRAIN : Outils et ressources de pointe pour la communauté. (2019) Journal of Neuroscience. 39(42):8275-8284. DOI: 10.1523/JNEUROSCI.1169-19.2019

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L'objectif principal de l'initiative BRAIN (Brain Research through Advancing Innovative Neurotechnologies) du NIH est de faire progresser la compréhension du fonctionnement des circuits cérébraux, sains et pathologiques, grâce à l'innovation technologique. Cet objectif repose sur la validation et la diffusion de la multitude de technologies, outils, méthodes et ressources innovants issus de la recherche financée par BRAIN. Innovateurs, organismes de financement BRAIN et partenaires non fédéraux collaborent à l'élaboration de stratégies visant à rendre ces produits utilisables, disponibles et accessibles à la communauté scientifique. Nous décrivons ici plusieurs stratégies précoces visant à soutenir la diffusion des technologies BRAIN. Notre objectif est de dynamiser le dialogue avec la communauté de recherche et de financement en neurosciences, les collaborateurs interdisciplinaires et les stagiaires sur les opportunités actuelles et futures de transformation de produits de recherche innovants en systèmes de recherche matures, intégrés et adaptables. Dans le cadre du mini-symposium 2019 de la Society for Neuroscience, intitulé « Initiative BRAIN : Outils et ressources de pointe pour la communauté », nous mettons en lumière les travaux de plusieurs équipes de chercheurs BRAIN qui contribuent à la mise à disposition d'outils, de technologies et de services pour la communauté des neurosciences. Ces outils accèdent aux circuits neuronaux à de multiples niveaux d'analyse, de la composition subcellulaire à la connectivité réseau à l'échelle du cerveau, notamment : des systèmes intégrés pour la connectomique basée sur l'EM et la fluorescence, des avancées en immunomarquage et des ressources pour l'enregistrement et l'analyse de la connectivité fonctionnelle. Les chercheurs expliquent comment les ressources qu'ils fournissent à la communauté contribueront à la réalisation des objectifs de l'Initiative BRAIN des NIH. Enfin, outre la célébration des contributions de ces chercheurs financés par BRAIN, le mini-symposium illustrera la diversité des investissements de l'Initiative BRAIN dans les technologies et ressources de pointe.

Kim, R., Li, Y., Sejnowski, TJ Cadre simple pour la construction de réseaux neuronaux récurrents à pointes fonctionnelles. (2019) Actes de l'Académie nationale des sciences des États-Unis d'Amérique. DOI: 10.1073 / pnas.1905926116

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Lainscsek, C., Gonzalez, CE, Sampson, AL, Cash, SS, Sejnowski, TJ Détection de causalité dans la dynamique des crises corticales à l'aide d'une analyse différentielle de retard dynamique croisée. (2019) Le chaos. 29(10):101103. DOI : 10.1063/1.5126125

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Cugno, A., Bartol, TM, Sejnowski, TJ, Iyengar, R., Rangamani, P. Principes géométriques de la dynamique du second messager dans les épines dendritiques. (2019) Rapports scientifiques. 9(1):11676. DOI: 10.1038/s41598-019-48028-0

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Les épines dendritiques sont de petites protubérances bulbeuses situées le long des dendrites des neurones et jouent un rôle essentiel dans la transmission synaptique. Leurs formes varient selon leur stade de développement. De plus, environ 14 à 19 % des épines matures possèdent un réticulum endoplasmique spécialisé appelé appareil épineux. Comment la forme d'une épine postsynaptique et son organisation interne influencent-elles la dynamique spatio-temporelle de la signalisation à courte échelle de temps ? Les réponses à cette question sont essentielles à notre compréhension de l'initiation de la transmission synaptique, de l'apprentissage et de la formation de la mémoire. Dans ce travail, nous avons étudié l'effet de la taille et de la forme de l'épine et de son appareil épineux sur la dynamique spatio-temporelle des seconds messagers à l'aide d'une modélisation mathématique utilisant des équations de réaction-diffusion dans des géométries idéalisées (ellipsoïdes, sphères et champignons). Nos analyses et simulations ont montré qu'à court terme, la taille et la forme des épines, associées à la géométrie de l'appareil épineux, régissent la dynamique spatio-temporelle des seconds messagers. Nous montrons que la courbure de ces géométries donne naissance à des fonctions pseudo-harmoniques, qui prédisent la localisation des concentrations maximales et minimales le long de la tête de l'épine. De plus, nous avons montré que la durée de vie du gradient de concentration peut être ajustée finement par la localisation des flux sur la tête de l'épine et par la variation des courbures et des distances relatives entre l'appareil épineux et cette dernière. Ainsi, nous avons identifié plusieurs déterminants géométriques clés de la manière dont la tête et l'appareil épineux peuvent réguler la dynamique chimique à court terme des petites molécules qui contrôlent la plasticité synaptique.

Wang, HP, Garcia, JW, Sabottke, CF, Spencer, D., Sejnowski, TJ La connectivité thalamocorticale à rétroaction préserve les informations de synchronisation des stimuli dans les voies sensorielles. (2019) Journal of Neuroscience. DOI : 10.1523/JNEUROSCI.3165-17.2019

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La synchronisation fiable des pics corticaux en réponse à des événements visuels est cruciale pour représenter les entrées visuelles au cerveau. Les pics du cortex visuel primaire doivent survenir simultanément lors d'un stimulus visuel répété. Deux mécanismes classiques sont utilisés par le cortex pour améliorer la synchronisation fiable. Premièrement, les neurones corticaux répondent de manière fiable à un ensemble restreint de stimuli grâce à leur préférence pour certains profils de potentiel membranaire en raison de leurs propriétés intrinsèques. Deuxièmement, le réseau intracortical de neurones excitateurs et inhibiteurs induit une inhibition latérale qui, grâce à la synchronisation et à la force des cellules souches hématopoïétiques (CSPI) et des cellules souches hématopoïétiques (CSPE), produit des trains de pics neuronaux corticaux clairsemés et synchronisés de manière fiable, transmis en aval. Nous décrivons ici un troisième mécanisme qui, grâce à la connectivité synaptique thalamocorticale préférentielle, améliore la précision temporelle des pics corticaux d'un essai à l'autre, en présence d'une variabilité des trains de pics au sein de chaque essai, introduite entre les neurones CGL de la voie rétino-thalamique. En appliquant des trains de pointes de LGN enregistrés expérimentalement chez le chat anesthésié à un modèle détaillé d'un neurone stellaire épineux V1, nous avons constaté que la précision temporelle des pointes de sortie s'améliorait avec l'augmentation du nombre d'entrées convergentes de LGN. Cette amélioration était cohérente avec la proportionnalité prédite de √???? pour les neurones sources de LGN ????. Nous avons également trouvé des configurations de connectivité qui maximisent la fiabilité et génèrent des trains de pointes de sortie des cellules V1 quantitativement similaires aux enregistrements expérimentaux. Nos résultats suggèrent un principe général, à savoir la variabilité intra-essai entre les entrées convergentes, qui augmente la précision de la réponse au stimulus et est largement applicable aux neurones à pointes connectés synaptiquement. La voie visuelle précoce du chat est favorable à l'étude des effets de la variabilité d'un essai à l'autre des entrées synaptiques et de la variabilité intra-essai de la connectivité thalamocorticale sur la transmission de l'information dans le cortex visuel. Nous avons utilisé un modèle détaillé pour montrer qu'il existe des combinaisons privilégiées entre le nombre d'afférents thalamiques et le nombre de synapses par afférence, maximisant la fiabilité de la sortie et la précision temporelle des impulsions des neurones corticaux. Cela apporte des informations supplémentaires sur la manière dont la synchronie des trains d'impulsions thalamiques peut réduire la variabilité d'un essai à l'autre et produire un signalement très fiable des événements sensoriels au cortex. Les mêmes principes pourraient s'appliquer à d'autres voies convergentes où des trains d'impulsions temporellement instables peuvent piloter de manière fiable le neurone en aval et améliorer la précision temporelle.

Bell, M., Bartol, T., Sejnowski, T., Rangamani, P. La géométrie des épines dendritiques et l'organisation de l'appareil épineux régissent la dynamique spatio-temporelle du calcium. (2019) J. Général Physiol. DOI : 10.1085/jgp.201812261

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Pinto-Duarte, A., Roberts, AJ, Ouyang, K., Sejnowski, TJ Altérations de la mémoire à distance causées par l’absence de récepteurs IP de type 2. (2019) Glie. DOI : 10.1002/glia.23679

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Le second messager inositol 1,4,5-triphosphate (IP) est essentiel à la transduction du signal dans les cellules biologiques, médiateur de la libération de Ca par le réticulum endoplasmique. Parmi les trois isoformes de récepteurs IP identifiées dans le système nerveux, le type 2 (IP R2) est le principal isoforme exprimé par les astrocytes. Il a été démontré que l'absence totale d'IP R2 chez les souris transgéniques perturbait significativement la signalisation du Ca dans les astrocytes, tout en laissant les voies intracellulaires neuronales pratiquement inchangées. L'impact de ce récepteur essentiellement non neuronal sur la fonction de la mémoire à long terme a fait l'objet d'un débat intense. Dans ce travail, nous avons constaté que l'absence de signalisation médiée par IP R2 ne perturbait pas l'apprentissage normal ni la mémoire récente (24-48 h). Cependant, contrairement aux attentes, les souris dépourvues d'IP R2 présentaient des déficits de mémoire à distance (2-4 semaines). Non seulement l'absence d'IP R2 altère la reconnaissance à distance, la peur et les souvenirs spatiaux, mais elle empêche également les améliorations post-encodage naturelles de la mémoire, consécutives à la consolidation de la mémoire. Conformément au rôle clé joué par la réduction de la transmission synaptique dans la consolidation de la mémoire, nous avons constaté que la dépression à long terme dépendante du récepteur NMDAR était anormale dans des coupes hippocampiques ex vivo préparées de manière aiguë à partir de souris déficientes en IP R2, un déficit qui pourrait être prévenu par une supplémentation en D-sérine, un co-agoniste du récepteur NMDA dont la synthèse dépend de l'activité des astrocytes. Nos résultats révèlent que l'activation d'IP R2, essentielle dans le cerveau pour la signalisation calcique dans les astrocytes, mais pas dans les neurones, peut contribuer à façonner la plasticité cérébrale en améliorant la consolidation des informations nouvellement acquises en souvenirs à long terme, susceptibles de guider les comportements cognitifs à distance.

Zhou, J., Ma, J., Chen, Y., Cheng, C., Bao, B., Peng, J., Sejnowski, TJ, Dixon, JR, Ecker, JR Regroupement robuste de cellules Hi-C monocellulaires par imputation basée sur la convolution et la marche aléatoire. (2019) Actes de l'Académie nationale des sciences des États-Unis d'Amérique. DOI: 10.1073 / pnas.1901423116

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Oakley, BA, Sejnowski, TJ Ce que nous avons appris en créant l’un des MOOC les plus populaires au monde. (2019) Apprentissage scientifique NPJ. 4:7. DOI: 10.1038/s41539-019-0046-0

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Ernst, OK, Bartol, TM, Sejnowski, TJ, Mjolsness, E. Apprentissage de la fermeture des moments dans les systèmes de réaction-diffusion avec des distributions de Boltzmann dynamiques spatiales. (2019) Rév. 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 Caractérisation de la connectivité cérébrale à partir d'enregistrements d'électrocorticographie humaine avec des entrées non observées lors de crises d'épilepsie. (2019) Calcul neuronal.:1-56 DOI : 10.1162/neco_a_01205

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L'épilepsie est un trouble neurologique caractérisé par la survenue soudaine de crises non provoquées. De nombreuses données montrent une altération significative de la connectivité cérébrale pendant les crises dans le cerveau humain. Les recherches sur l'analyse de la connectivité fonctionnelle du cerveau humain pendant les crises se sont principalement limitées à l'utilisation de la méthode de corrélation. Cependant, une connectivité parasite peut être mesurée entre deux régions cérébrales sans connexion ni interaction directe entre elles. Les corrélations peuvent être dues aux interactions apparentes des deux régions cérébrales résultant d'une entrée commune provenant d'une troisième région, observable ou non. C'est pourquoi des chercheurs ont récemment proposé une matrice de précision régularisée clairsemée et latente (SLRPM) lorsque des régions non observées ou latentes interagissent avec les régions observées. La méthode SLRPM produit des corrélations partielles des statistiques conditionnelles des régions observées étant donné les régions latentes, identifiant ainsi les régions observées qui sont conditionnellement indépendantes des régions observées et latentes. Nous évaluons les performances des méthodes à l'aide d'un réseau artificiel masse-ressort et en supposant que certains nœuds ne peuvent être observés, constituant ainsi les variables latentes de l'exemple. Plusieurs cas ont été envisagés, incluant des connexions clairsemées et denses, des connexions à courte et longue portée, et un nombre variable de variables latentes. La méthode SLRPM est ensuite appliquée pour estimer la connectivité cérébrale lors de crises d'épilepsie à partir d'enregistrements ECoG humains. Soixante-quatorze crises cliniques de cinq patients, tous atteints d'épilepsie partielle complexe, ont été analysées à l'aide de la méthode SLRPM, et la connectivité cérébrale a été quantifiée à l'aide de l'indice de modularité, du coefficient de clustering et de la centralité des vecteurs propres. De plus, grâce à une mesure des entrées latentes estimée par la méthode SLRPM, il a été possible de détecter automatiquement 72 des 74 crises avec quatre faux positifs et d'identifier six crises qui n'étaient pas marquées manuellement.

Siddharth, Patel, AN, Jung, TP, Sejnowski, TJ Un système de biodétection multimodal portable vers des applications dans le monde réel. (2019) IEEE Trans Biomed Ing. 66(4):1137-1147. DOI : 10.1109/TBME.2018.2868759

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La biodétection multimodale a récemment été utilisée comme outil de recherche efficace dans les domaines de l'informatique affective, de l'autisme, des troubles cliniques et de la réalité virtuelle, entre autres. Cependant, aucun système de biodétection existant ne prend en charge la multimodalité de manière portable en dehors d'environnements de laboratoire bien contrôlés avec des mesures de qualité recherche. Cet article tente de combler cette lacune en développant un système de biodétection multimodal portable capable de collecter, synchroniser, enregistrer et transmettre des données provenant de plusieurs biocapteurs : PPG, EEG, casque de surveillance du regard, capture de mouvements corporels, GSR, etc., tout en offrant des fonctionnalités de modulation de tâches, notamment l'étiquetage des stimuli visuels. Cette étude décrit le développement et l'intégration de divers composants de notre système. Nous évaluons les capteurs développés en comparant leurs mesures à celles obtenues par des biocapteurs standard de qualité recherche. Nous évaluons d'abord différentes modalités de capteur de notre casque, à savoir un module PPG basé sur le lobe de l'oreille avec suppression du bruit de mouvement pour l'ECG lors du calcul du rythme cardiaque. Nous comparons également les potentiels évoqués visuels à l'état stationnaire mesurés par nos capteurs EEG secs blindés avec ceux obtenus par des capteurs EEG secs disponibles dans le commerce. Nous étudions également l'effet des mouvements de la tête sur la précision de notre système de mesure du regard portable. De plus, nous réalisons deux exercices pratiques pour démontrer les applications de l'utilisation de multiples modalités de capteurs afin d'explorer des questions jusqu'alors insolubles en biodétection. Plus précisément, grâce à la biodétection, nous démontrons la stratégie la plus efficace pour jouer au jeu de recherche visuelle « Où est Charlie ? », les variations de l'EEG correspondant aux fixations de cible vraies et fausses dans ce jeu, et la prédiction des états de défaite/nul/gagnant grâce aux modalités de biodétection, tout en découvrant leurs limites dans un jeu de « Pierre-Feuille-Ciseaux ».

Tapia, JJ, Saglam, AS, Czech, J., Kuczewski, R., Bartol, TM, Sejnowski, TJ, Faeder, JR MCell-R : un cadre de modélisation spatiale sans réseau à résolution de particules. (2019) Méthodes en biologie moléculaire. 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 Imagerie rapide du cerveau quasi-entier chez la drosophile adulte pendant les réponses aux stimuli et au comportement. (2019) PLOS Biologie. 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, Lumière, GA Dynamique non linéaire sous-jacente au dysfonctionnement du traitement sensoriel dans la schizophrénie. (2019) Actes de l'Académie nationale des sciences des États-Unis d'Amérique. 116(9):3847-3852. DOI : 10.1073/pnas.1810572116

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Les systèmes naturels, dont le cerveau, semblent souvent chaotiques, car ils sont généralement régis par des processus dynamiques non linéaires complexes. Une perturbation de la coordination fluidique de plusieurs régions cérébrales contribue aux troubles du traitement de l'information et à la multitude de symptômes observés dans les troubles neuropsychiatriques. La schizophrénie (SZ), l'une des maladies mentales les plus invalidantes, résulterait en partie d'un tel dysfonctionnement du réseau, entraînant une altération du traitement de l'information auditive ainsi que des déficits cognitifs et psychosociaux. Les approches actuelles d'analyse des biomarqueurs neurophysiologiques reposent principalement sur des méthodes linéaires et risquent donc de ne pas saisir la richesse des informations contenues dans l'ensemble des signaux EEG, y compris la dynamique non linéaire. Dans cette étude, l'analyse différentielle des retards (ADD), une méthode non linéaire basée sur la théorie de l'intégration issue de la physique théorique, a été appliquée aux enregistrements EEG de 877 patients atteints de SZ et de 753 sujets de comparaison non psychiatriques (TCN) ayant subi un test de négativité des mésappariements (MMN) dans le cadre de leur participation à l'étude COGS-2 (Consortium on the Genetics of Schizophrenia). L'ADD a révélé une architecture dynamique non linéaire significative liée au traitement de l'information auditive dans les deux groupes. Il est important de noter que des modifications significatives de l'ADD ont précédé celles observées avec les méthodes linéaires traditionnelles. Des anomalies marquées des caractéristiques linéaires et non linéaires ont été détectées chez les patients atteints de SZ. Ces résultats illustrent les avantages de l'analyse non linéaire des signaux cérébraux et soulignent la nécessité de futures études pour étudier la relation entre les caractéristiques de l'ADD et la physiopathologie du traitement de l'information.

Padmanabhan, K., Osakada, F., Tarabrina, A., Kizer, E., Callaway, EM, Gage, FH, Sejnowski, TJ Les entrées centrifuges du bulbe olfactif principal révélées par la cartographie des circuits cérébraux entiers. (2019) Frontières en neuroanatomie. 12h115. 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 Analyse différentielle de retard pour la détection dynamique du fuseau de sommeil. (2019) Journal des méthodes en neurosciences. DOI : 10.1016/j.jneumeth.2019.01.009

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Reddy, G., Wong-Ng, J., Celani, A., Sejnowski, TJ, Vergassola, M. Planeur volant via l'apprentissage par renforcement sur le terrain. (2018) Nature. DOI: 10.1038/s41586-018-0533-0

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Les oiseaux planeurs dépendent souvent des panaches thermiques ascendants (thermiques) dans l'atmosphère pour rechercher des proies ou migrer sur de longues distances. Le paysage des courants convectifs est accidenté et se déplace à l'échelle de quelques minutes, car les thermiques se forment, se désintègrent ou sont constamment transportés par le vent. On ignore comment les oiseaux planeurs trouvent et naviguent dans les thermiques au sein de ce paysage complexe. L'apprentissage par renforcement offre un cadre approprié pour identifier une stratégie de navigation efficace, basée sur une séquence de décisions prises en réponse à des signaux environnementaux. Nous utilisons ici l'apprentissage par renforcement pour entraîner un planeur sur le terrain à naviguer de manière autonome dans les thermiques atmosphériques. Nous avons équipé un planeur de deux mètres d'envergure d'un contrôleur de vol contrôlant précisément l'inclinaison et le tangage, en les modulant par intervalles afin de maximiser la portance. Une stratégie de navigation a été déterminée uniquement à partir des expériences cumulées du planeur, recueillies sur plusieurs jours de terrain. Cette stratégie s'appuie sur des méthodes embarquées pour estimer avec précision les accélérations verticales locales du vent et les couples de roulis sur le planeur, qui servent d'indices de navigation. Nous établissons la validité de notre stratégie de vol acquise grâce à des expériences sur le terrain, des simulations numériques et des estimations du bruit des mesures provoqué par la turbulence atmosphérique. Nos résultats mettent en évidence le rôle des accélérations verticales du vent et des couples de roulis comme indices mécanosensoriels efficaces pour les oiseaux planeurs et fournissent une stratégie de navigation directement applicable au développement de véhicules planeurs autonomes.

Sejnowski, T. Le prophète qui a prédit notre avenir. (2018) Cerveau : un journal de neurologie. 141(9):2820-2822. DOI : 10.1093/brain/awy212

Ernst, OK, Bartol, T., Sejnowski, T., Mjolsness, E. Apprentissage des distributions dynamiques de Boltzmann comme modèles réduits de cinétique chimique spatiale. (2018) J Chem Phys. 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. L'alignement pré-post synaptique via la neuroligine-1 ajuste l'efficacité de la transmission synaptique. (2018) Évie. 7. DOI : 10.7554/eLife.31755

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Siddharth, Jung, TP, Sejnowski, TJ Approche multimodale pour l'informatique affective. (2018) Conf Proc IEEE Eng Med Biol Soc. 2018 : 291-294. DOI : 10.1109/EMBC.2018.8512320

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Krishnan, médecin généraliste, Rosen, BQ, Chen, JY, Muller, L., Sejnowski, TJ, Cash, SS, Halgren, E., Bajenov, M. La connectivité laminaire thalamocorticale et intracorticale détermine les propriétés du fuseau du sommeil. (2018) Biologie computationnelle PLOS. 14(6):e1006171. DOI : 10.1371/journal.pcbi.1006171

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Les fuseaux du sommeil sont de brefs événements oscillatoires pendant le sommeil lent (NREM). La densité et les propriétés de synchronisation des fuseaux sont différentes entre les enregistrements MEG et EEG chez l'homme et varient également en fonction des performances d'apprentissage, suggérant une implication des fuseaux dans la consolidation de la mémoire. À l'aide de modèles informatiques, nous avons identifié des mécanismes de réseau susceptibles d'expliquer les différences de propriétés des fuseaux selon les structures corticales. Premièrement, nous rapportons que les différences d'occurrence des fuseaux entre les données MEG et EEG pourraient provenir des propriétés contrastées des systèmes thalamocorticaux central et matriciel. Le système matriciel, projetant superficiellement, présente une plus grande dispersion thalamocorticale que le système central, qui projette vers les couches intermédiaires, et nécessite le recrutement d'une population plus importante de neurones pour initier un fuseau. Cette propriété suffit à expliquer la plus faible densité de fuseaux et la plus grande synchronicité spatiale des fuseaux dans les couches corticales superficielles, observées dans le signal EEG. En revanche, les fuseaux du système central sont apparus plus fréquemment mais de manière moins synchrone, comme observé dans les enregistrements MEG. De plus, conformément aux enregistrements humains, dans le modèle, les fuseaux sont apparus indépendamment dans le système central, mais les fuseaux du système matriciel coexistent généralement avec les fuseaux centraux. Nous avons également constaté que les connexions excitatrices intracorticales des couches III/IV à V favorisent la propagation des fuseaux du système central vers le système matriciel, entraînant une activité fuseaux généralisée. Notre étude prédit que la plasticité de la connectivité intra- et intercorticale pourrait potentiellement contribuer à l'augmentation de la densité des fuseaux, comme cela a été observé lors de l'apprentissage.

Ruiz-Martínez, , Bartol, TM, Sejnowski, TJ, Tartakovsky, DM Modèles efficaces de polymérisation appliqués à l'assemblage d'anneaux FtsZ dans . (2018) Actes de l'Académie nationale des sciences des États-Unis d'Amérique. DOI: 10.1073 / pnas.1719391115

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Moldakarimov, S., Bajenov, M., Feldman, DE, Sejnowski, TJ Les réseaux structurés soutiennent les ondes progressives clairsemées dans le cortex somatosensoriel des rongeurs. (2018) Actes de l'Académie nationale des sciences des États-Unis d'Amérique. DOI: 10.1073 / pnas.1710202115

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Wang, X., Pinto-Duarte, A., Behrens, MM, Zhou, X., Sejnowski, TJ La kétamine a modulé indépendamment la puissance et le couplage de phase des oscillations thêta chez les souris hypomorphes Sp4. (2018) PLOS One. 13(3):e0193446. DOI : 10.1371/journal.pone.0193446

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Une expression réduite de Sp4, l'homologue murin de SP4 humain, un gène à risque de multiples troubles psychiatriques, a entraîné une hypofonction du N-méthyl-D-aspartate (NMDA) chez la souris, produisant des phénotypes comportementaux évoquant la schizophrénie, notamment une hypersensibilité à la kétamine. Alors que de plus en plus de preuves sur les mécanismes moléculaires et les phénotypes comportementaux ont établi l'hypomorphisme de Sp4 comme un modèle animal prometteur, les mécanismes systémiques des circuits neuronaux de l'hypomorphisme de Sp4, en particulier la dynamique des réseaux sous-jacente aux fonctions cognitives, restent mal compris. Nous avons tenté de combler cette lacune dans nos connaissances dans la présente étude en enregistrant un électroencéphalogramme (EEG) épidural multicanal de souris sauvages et hypomorphes Sp4 à l'état d'éveil. Nous avons caractérisé la puissance de la bande thêta corticale et les phénotypes de couplage de phase, un substrat connu des circuits neuronaux sous-jacent aux fonctions cognitives, et avons étudié plus en détail les effets d'une dose subanesthésique de kétamine sur les anomalies thêta spécifiques à l'hypomorphisme de Sp4. Les souris hypomorphes Sp4 présentaient une puissance thêta nettement accrue localisée frontalement et pariétalement, une progression de la phase thêta plus prononcée le long du neuroaxe et un couplage thêta fronto-pariétal plus fort. L'administration aiguë de kétamine sous-anesthésique n'a pas affecté la puissance thêta chez les animaux sauvages, mais l'a significativement réduite chez les souris hypomorphes Sp4, neutralisant presque complètement leur puissance thêta frontale/pariétale excessive. La kétamine n'a pas modifié significativement la progression de la phase thêta corticale, que ce soit chez les animaux sauvages ou hypomorphes Sp4, mais a significativement renforcé le couplage de la phase thêta corticale chez les animaux sauvages, mais pas chez les animaux hypomorphes Sp4. Nos résultats suggèrent que les phénotypes à l'état de repos des oscillations thêta corticales propres aux souris hypomorphes Sp4 imitent étroitement un endophénotype schizophrénique. De plus, la kétamine a modulé indépendamment les anomalies hypomorphes Sp4 de la puissance thêta et du couplage de phase, suggérant des mécanismes sous-jacents distincts au niveau des circuits neuronaux.

Muller, L., Chavane, F., Reynolds, J., Sejnowski, TJ Ondes progressives corticales : mécanismes et principes computationnels. (2018) Examens de la nature Neuroscience. DOI : 10.1038/nrn.2018.20

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Kaya, C., Cheng, MH, Block, ER, Bartol, TM, Sejnowski, TJ, Sorkin, A., Faeder, JR, Bahar, I. Les hétérogénéités dans la structure axonale et la distribution des transporteurs réduisent l'efficacité de la recapture de la dopamine. (2018) eNeuro. 5(1). DOI : 10.1523/ENEURO.0298-17.2017

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L'élimination efficace de la dopamine (DA) de la synapse est essentielle à la régulation de la signalisation dopaminergique. Ce rôle est assuré par les transporteurs de la DA (DAT). Les avancées récentes dans la caractérisation structurale des DAT de drosophile (dDAT) et dans l'imagerie haute résolution des neurones DA et de leur distribution dans les cellules vivantes nous permettent désormais de mieux comprendre les mécanismes de la recapture de la DA in silico. À l'aide d'images de microscopie électronique et d'immunofluorescence de cerveaux de souris transgéniques knock-in exprimant la DAT marquée à l'hémagglutinine dans les neurones DA, nous avons reconstitué un environnement réaliste pour les simulations MCell de la recapture de la DA. L'identité, la population et la cinétique des sous-états de la DAT humaine modélisée par homologie (hDAT) ont été dérivées de simulations moléculaires. La morphologie complexe des terminaisons axonales proches des zones actives s'est avérée être à l'origine de fortes variations de l'efficacité de la recapture de la DA, et donc de la densité extracellulaire de la DA. Français La comparaison de l'effet de différents modèles de décharge a montré que la décharge phasique augmenterait la probabilité d'atteindre des niveaux locaux de DA suffisamment élevés pour activer les récepteurs DA de faible affinité, principalement en raison des niveaux élevés de DA atteints transitoirement pendant la phase de salve. La distribution de surface non uniforme des DAT observée expérimentalement s'est révélée être un modulateur majeur de la signalisation DA : la recapture était plus lente, et les pics/largeur des niveaux transitoires de DA étaient plus nets/plus larges sous une distribution non uniforme des DAT, par rapport à une distribution uniforme. Globalement, l'étude souligne l'importance de descriptions précises de la morphologie extrasynaptique, de la distribution des DAT et de la cinétique conformationnelle pour l'évaluation quantitative de la transmission dopaminergique et pour une meilleure compréhension des mécanismes qui régulent la transmission 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 potentialisation à long terme élargit le contenu informationnel des synapses du gyrus denté de l'hippocampe. (2018) Actes de l'Académie nationale des sciences des États-Unis d'Amérique. DOI: 10.1073 / pnas.1716189115

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Wang, M., He, Y., Sejnowski, TJ, Yu, X. Les signaux astrocytaires Ca2+ dépendant de l'état cérébral sont couplés aux signaux BOLD-fMRI positifs et négatifs. (2018) Actes de l'Académie nationale des sciences des États-Unis d'Amérique. DOI: 10.1073 / pnas.1711692115

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O'Donnell, C., Gonçalves, JT, Portera-Cailliau, C., Sejnowski, TJ Au-delà du déséquilibre excitation/inhibition dans les modèles multidimensionnels de modifications des circuits neuronaux dans les troubles cérébraux. (2017) Évie. 6. DOI : 10.7554/eLife.26724

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Li, Y., Wang, F., Chen, Y., Cichocki, A., Sejnowski, T. Les effets des entrées audiovisuelles sur la résolution du problème du cocktail dans le cerveau humain : une étude IRMf. (2017) Cortex cérébral.:1-15 DOI : 10.1093/cercor/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 Le transport de soluté interstitiel dans le neuropile reconstruit en 3D se produit par diffusion plutôt que par flux en vrac. (2017) Actes de l'Académie nationale des sciences des États-Unis d'Amérique. 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* Les méthylomes unicellulaires identifient les sous-types neuronaux et les éléments régulateurs dans le cortex des mammifères. (2017) Science. 357(6351):600-604. DOI : 10.1126/science.aan3351

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Lainscsek, C., Weyhenmeyer, J., Cash, SS, Sejnowski, TJ Analyse différentielle du retard des crises dans les données d'électrocorticographie multicanal. (2017) Calcul neuronal.:1-38 DOI : 10.1162/neco_a_01009

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Les électrodes d'électrocorticogramme haute densité (ECoG) permettent d'enregistrer des données neurophysiologiques avec une haute résolution temporelle et une large couverture spatiale. Ces enregistrements permettent de comprendre comment le cerveau humain traite l'information et se comporte ensuite, que ce soit en conditions saines ou pathologiques. Nous décrivons et mettons en œuvre ici une analyse différentielle à retard (ADD) pour la caractérisation des données d'ECoG obtenues auprès de patients atteints d'épilepsie réfractaire. L'ADD est un cadre d'analyse temporelle basé sur la théorie de l'intégration en dynamique non linéaire, qui révèle les propriétés invariantes non linéaires d'un système dynamique inconnu. L'intégration de l'ADD sert de base dynamique non linéaire de faible dimension sur laquelle les données sont cartographiées. Cela réduit considérablement le risque de surapprentissage et améliore la capacité de la méthode à ajuster les classes de données. Comme cette base repose sur la structure dynamique des données, aucun prétraitement (par exemple, filtrage) n'est nécessaire. Nous avons effectué une recherche à grande échelle pour trouver le modèle DDA le mieux adapté aux enregistrements ECoG, en utilisant un algorithme génétique permettant de discriminer qualitativement les différents états corticaux et les événements épileptiques chez un groupe de 13 patients. Un modèle DDA unique, composé de seulement trois termes polynomiaux, a été identifié. La décomposition en valeurs singulières de l'espace des caractéristiques du modèle a révélé des dynamiques globales et locales permettant de différencier les crises électrographiques et électrocliniques, et a fourni des informations sur les débuts de crises très localisés et les fins de crises diffuses. D'autres caractéristiques courantes de l'ECoG, telles que les périodes intercritiques, les artefacts et les stimuli exogènes, ont également été analysées par DDA. Ce nouveau cadre de traitement du signal des informations épileptiques démontre sa capacité à révéler des caractéristiques uniques de la dynamique sous-jacente de la crise et pourrait être utile pour mieux comprendre, détecter, voire prédire les crises.

Lin, TW, Das, A., Krishnan, GP, Bazhenov, M., Sejnowski, TJ Covariance différentielle : une nouvelle classe de méthodes pour estimer la connectivité clairsemée à partir d'enregistrements neuronaux. (2017) Calcul neuronal.:1-52 DOI : 10.1162/neco_a_01008

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Lainscsek, C., Muller, LE, Sampson, AL, Sejnowski, TJ Dérivation analytique des effets spectraux non linéaires et de l'artefact de mise à l'échelle 1/f dans le traitement du signal des données du monde réel. (2017) Calcul 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. Synchronisation de la bande gamma corticale via les interneurones de la somatostatine. (2017) Nature Neuroscience. 20(7):951-959. DOI : 10.1038/nn.4562

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Hurtado-López, J., Ramirez-Moreno, DF, Sejnowski, TJ Circuits neuronaux de prise de décision médiatisant les comportements sociaux : un modèle de réseau attracteur. (2017) Journal des neurosciences computationnelles. DOI: 10.1007/s10827-017-0654-8

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Peterson, procureur, Sejnowski, TJ Une hypothèse de circuit dynamique pour la pathogenèse du blépharospasme. (2017) Frontières en neurosciences computationnelles. 11h11. DOI : 10.3389/fncom.2017.00011

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Le blépharospasme (parfois appelé « blépharospasme essentiel bénin » ou BEB) est l'une des dystonies focales les plus fréquentes. Il se caractérise par des spasmes involontaires des paupières, une fermeture des yeux et une augmentation du clignement. Malgré le succès des injections de toxine botulique et, dans certains cas, des interventions pharmacologiques ou chirurgicales, les traitements du BEB ne sont pas totalement efficaces et ne sont que symptomatiques. Connaître la pathogénèse du BEB primaire permettrait d'élaborer des stratégies fondées sur des principes pour prévenir et inverser la maladie. L'objectif de cette étude était de développer un cadre conceptuel et une hypothèse de circuit dynamique pour la pathogénèse du BEB. Ce cadre étend notre théorie globale de la pathogénèse multifactorielle des dystonies focales (Peterson et al., 2010) en intégrant un modèle rongeur à deux coups spécifique du BEB (Schicatano et al., 1997). Français Nous incorporons dans le cadre trois caractéristiques essentielles au contrôle moteur crânien : (1) l'influence conjointe des régions corticales motrices et des projections descendantes directes de l'un des noyaux de sortie des noyaux gris centraux, la substance noire réticulée, sur les noyaux moteurs du tronc cérébral, (2) des boucles imbriquées composées de l'arc réflexe de clignement du trijumeau et de la longue boucle sensorimotrice du noyau trijumeau à travers le thalamus jusqu'au cortex somatosensoriel en retournant à travers les noyaux gris centraux jusqu'aux mêmes noyaux du tronc cérébral modulant l'arc réflexe, et (3) des anomalies dans le système dopaminergique des noyaux gris centraux qui fournissent un substrat d'apprentissage sensorimoteur qui, lorsqu'il est combiné à des schémas de clignement accru, conduit à des cartographies sensorimotrices anormales se manifestant par BEB. Le cadre explique les données expérimentales sur l'excitabilité du réflexe de clignement du trijumeau (TRBE) de Schicatano et al. et formule des prédictions qui pourront être testées sur de nouveaux modèles animaux expérimentaux basés sur la génétique émergente de la dystonie, notamment les altérations récemment caractérisées de la transduction de la dopamine du récepteur D1R striatal spécifique, causées par la mutation GNAL. Plus généralement, le modèle guidera les futurs travaux visant à relier mécaniquement plusieurs facteurs à la pathogenèse du BEB et facilitera les simulations de la manière dont les manipulations exogènes des facteurs pathogènes pourraient, à terme, être utilisées pour prévenir et inverser la maladie.

Das, A., Sampson, AL, Lainscsek, C., Muller, L., Lin, W., Doyle, JC, Cash, SS, Halgren, E., Sejnowski, TJ Interprétation de la matrice de précision et son application à l'estimation de la connectivité cérébrale clairsemée pendant le sommeil à partir d'enregistrements d'électrocorticographie humaine. (2017) Calcul neuronal. 29(3):603-642. DOI : 10.1162/NECO_a_00936

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La méthode de corrélation issue de l'imagerie cérébrale a été utilisée pour estimer la connectivité fonctionnelle du cerveau humain. Cependant, les régions cérébrales peuvent présenter une corrélation très élevée même lorsque les deux régions ne sont pas directement connectées, en raison de leur forte interaction avec une entrée commune provenant d'une troisième région. Une solution précédemment proposée à ce problème consiste à utiliser une matrice de covariance inverse régularisée creuse, ou matrice de précision (SRPM), en supposant que la structure de connectivité est creuse. Cette méthode produit des corrélations partielles pour mesurer les fortes interactions directes entre paires de régions tout en supprimant l'influence des autres régions, identifiant ainsi les régions conditionnellement indépendantes. Pour tester nos méthodes, nous avons d'abord démontré les conditions dans lesquelles la méthode SRPM pouvait effectivement trouver la véritable connexion physique entre une paire de nœuds pour un exemple de masse-ressort et un exemple de circuit RC. La récupération de la structure de connectivité par la méthode SRPM peut être expliquée par des modèles énergétiques utilisant la distribution de Boltzmann. Nous avons ensuite démontré l'application de la méthode SRPM pour estimer la connectivité cérébrale pendant les fuseaux du sommeil de stade 2 à partir d'enregistrements d'électrocorticographie (ECoG) humaine, en utilisant un réseau d'électrodes [Formule : voir texte]. Les enregistrements ECoG que nous avons analysés provenaient d'un patient de 32 ans souffrant d'épilepsie partielle complexe du lobe temporal gauche pharmacorésistante de longue date. Les fuseaux du sommeil ont été détectés automatiquement par analyse différentielle de délai, puis analysés par SRPM et la méthode de Louvain pour la détection de communautés. Nous avons trouvé des réseaux cérébraux spatialement localisés au sein et entre les aires corticales voisines pendant les fuseaux, contrairement au cas où les fuseaux du sommeil n'étaient pas présents.

O'Donnell, C., Gonçalves, JT, Whiteley, N., Portera-Cailliau, C., Sejnowski, TJ Le modèle de suivi de la population : un modèle statistique simple et évolutif pour les données de population neuronales. (2017) Calcul 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. Le trafic dendritique est confronté à des compromis physiologiquement critiques entre vitesse et précision. (2016) Évie. 5. DOI : 10.7554/eLife.20556

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Muller, L., Piantoni, G., Koller, D., Cash, SS, Halgren, E., Sejnowski, TJ Les ondes rotatives des fuseaux du sommeil humain organisent des modèles globaux d'activité qui se répètent précisément tout au long de la nuit. (2016) Évie. 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 Évaluation objective et informatisée de la gravité du blépharospasme. (2016) Neurology. 87(20):2146-2153. DOI : 10.1212/WNL.0000000000003336

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Churchland, PS, Sejnowski, TJ Mélange de neurosciences computationnelles et expérimentales. (2016) Examens de la nature 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 Initiatives mondiales pour faire progresser la recherche sur le cerveau. (2016) Nature Neuroscience. 19(9):1118-22. DOI : 10.1038/nn.4371

Kosik, Kansas, Sejnowski, TJ, Raichle, ME, Ciechanover, A., Baltimore, D. Un chemin vers la compréhension de la neurodégénérescence. (2016) Science. 353(6302):872-3. DOI : 10.1126/science.aai7622

Reddy, G., Celani, A., Sejnowski, TJ, Vergassola, M. Apprendre à voler dans des environnements turbulents. (2016) Actes de l'Académie nationale des sciences des États-Unis d'Amérique. 113(33):E4877-84. DOI : 10.1073/pnas.1606075113

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Hein, D., Sejnowski, TJ Loi de conservation pour les déplacements à rythme libre. (2016) Actes de l'Académie nationale des sciences des États-Unis d'Amérique. 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 Représentations diverses de l'information olfactive dans les projections de rétroaction centrifuge. (2016) Journal of Neuroscience. 36(28):7535-45. DOI: 10.1523/JNEUROSCI.3358-15.2016

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Ruiz-Martinez, A., Bartol, TM, Sejnowski, TJ, Tartakovsky, DM Modèles multi-échelles efficaces d'assemblage de polymères. (2016) Journal biophysique. 111(1):185-96. DOI : 10.1016/j.bpj.2016.05.022

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Jadi, député, Behrens, MM, Sejnowski, TJ Oscillations gamma anormales dans les modèles d'hypofonctionnement du récepteur N-méthyl-D-aspartate de la schizophrénie. (2016) Psychiatrie biologique. 79(9):716-26. DOI : 10.1016/j.biopsych.2015.07.005

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Saremi, S., Sejnowski, TJ Percolation corrélée, structures fractales et distribution invariante d'échelle des clusters dans les images naturelles. (2016) IEEE Trans Pattern Anal Mach Intell. 38(5):1016-20. DOI : 10.1109/TPAMI.2015.2481402

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Rodrigues, S., Desroches, M., Krupa, M., Cortés, JM, Sejnowski, TJ, Ali, AB Libération de neurotransmetteurs codée dans le temps au niveau des synapses excitatrices et inhibitrices. (2016) Actes de l'Académie nationale des sciences des États-Unis d'Amérique. 113(8):E1108-15. DOI : 10.1073/pnas.1525591113

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O'Donnell, C., Sejnowski, TJ Vue de rue de la carte cognitive. (2016) Téléphone 164(1-2):13-5. DOI: 10.1016/j.cell.2015.12.051

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Veltz, R., Sejnowski, TJ Forçage périodique des réseaux stabilisés par inhibition : résonances non linéaires et couplage phase-amplitude. (2015) Calcul 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 Limite supérieure nanoconnectomique sur la variabilité de la plasticité synaptique. (2015) Évie. 4:e10778. DOI : 10.7554/eLife.10778

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Bartol, TM, Keller, DX, Kinney, JP, Bajaj, CL, Harris, KM, Sejnowski, TJ, Kennedy, Manitoba Reconstitution computationnelle des transitoires calciques de la colonne vertébrale à partir de protéines individuelles. (2015) Neurosciences synaptiques frontales 7:17. DOI : 10.3389/fnsyn.2015.00017

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Nous avons construit un modèle stochastique dans le programme MCell qui simule les transitoires de Ca(2+) dans les épines à partir des principaux composants moléculaires censés contrôler l'entrée et la sortie de Ca(2+). Les protéines, avec leurs modèles cinétiques, sont situées dans deux segments de dendrites contenant 88 épines intactes, centrées dans un cube de neuropile hippocampique de 6 × 6 × 5 μm(3) entièrement reconstruit. Les composants protéiques comprennent les récepteurs du glutamate de type AMPA et NMDA, les canaux Ca(2+) voltage-dépendants de type L et R, les échangeurs Na(+)/Ca(2+), les ATPases Ca(2+) de la membrane plasmique, les ATPases Ca(2+) du réticulum endoplasmique lisse, les tampons Ca(2+) immobiles et la calbindine. Les modèles cinétiques de chaque protéine sont issus d'études publiées sur les protéines isolées in vitro. Pour la simulation de stimuli électriques, l'évolution temporelle des variations de tension dans l'épine dendritique a été générée avec le stimulus souhaité dans le programme NEURON. Les paramètres voltage-dépendants ont ensuite été réajustés en continu pendant les simulations dans MCell afin de reproduire les effets du stimulus. Neuf paramètres du modèle ont été optimisés dans des limites expérimentales réalistes par un processus comparant les résultats des simulations aux données publiées. Nous constatons que les simulations dans le modèle optimisé reproduisent la synchronisation et l'amplitude des transitoires de Ca(2+) mesurés expérimentalement dans des neurones intacts. Ainsi, nous démontrons que les caractéristiques de protéines isolées individuelles, déterminées in vitro, peuvent reproduire avec précision la dynamique des transitoires de Ca(2+) mesurés expérimentalement dans les épines. Le modèle fournira un banc d'essai pour explorer le rôle d'autres protéines régulant l'afflux de Ca(2+) dans les épines et pour étudier le comportement de cibles protéiques de la colonne vertébrale régulées par cet afflux.

Wang, X., Pinto-Duarte, A., Behrens, MM, Zhou, X., Sejnowski, TJ Caractérisation des potentiels liés aux événements épiduraux spatio-temporels pour les modèles murins de troubles psychiatriques. (2015) Rapports scientifiques. 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 perturbation du mGluR5 dans les interneurones positifs à la parvalbumine induit des caractéristiques fondamentales des troubles neurodéveloppementaux. (2015) Molecular Psychiatry. 20(10):1161-72. DOI : 10.1038/mp.2015.113

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González, OC, Krishnan, GP, Chauvette, S., Timofeev, I., Sejnowski, T., Bajenov, M. Modélisation de l'épileptogenèse dépendante de l'âge par mise à l'échelle synaptique homéostatique différentielle. (2015) Journal of Neuroscience. 35(39):13448-62. DOI: 10.1523/JNEUROSCI.5038-14.2015

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La plasticité synaptique homéostatique (PSH) a été impliquée dans le développement de l'hyperexcitabilité et des crises d'épilepsie après un traumatisme crânien (TC). Nos études expérimentales in vivo chez le chat ont révélé que la sévérité de l'épileptogenèse médiée par le TCC dépend de l'âge de l'animal. Afin de caractériser les mécanismes de ces différences, nous avons étudié les propriétés de l'épileptogenèse induite par le TCC dans un modèle de réseau cortical biophysiquement réaliste avec des concentrations ioniques dynamiques. Après la désafférentation, induite par la dissection des entrées afférentes, on a observé une réduction de l'activité du réseau et une régulation positive des connexions excitatrices, conduisant à des crises spontanées de type pointes-ondes. Lorsque le bourgeonnement axonal a été mis en œuvre, le seuil épileptogène a augmenté chez les jeunes animaux, mais pas chez les animaux plus âgés, dont les processus homéostatiques étaient plus lents ou unidirectionnels. Notre étude suggère que les modifications des mécanismes de la PSH liées à l'âge suffisent à expliquer la différence de probabilité de survenue des crises chez les jeunes animaux par rapport aux animaux plus âgés. Déclaration d'importance : Le traumatisme crânien (TC) est l'une des principales causes d'épilepsie réfractaire. Il a été démontré que la probabilité de développer une épilepsie et des crises convulsives après un traumatisme crânien grave augmente avec l'âge. Les mécanismes spécifiques de l'épileptogenèse liée au TTC et la manière dont ces mécanismes sont affectés par l'âge restent à comprendre. Nous testons l'hypothèse selon laquelle la défaillance de la régulation synaptique homéostatique, un mécanisme de rétroaction négative lente qui maintient l'activité neuronale dans une plage physiologique par une modulation de la force synaptique dépendante de l'activité, chez les animaux âgés, pourrait augmenter l'épileptogenèse induite par le TTC. Nos résultats apportent de nouvelles perspectives pour la compréhension de ce trouble invalidant et pourraient ouvrir de nouvelles voies pour le développement de traitements efficaces de l'épilepsie induite par le TTC.

Coggan, JS, Sejnowski, TJ, Prescott, SA La coopérativité entre les sites distants de pics ectopiques permet d'initier et de maintenir la décharge ultérieure à différents endroits. (2015) Journal des neurosciences computationnelles. 39(1):17-28. DOI: 10.1007/s10827-015-0562-8

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De nombreux symptômes de lésions nerveuses résultent de décharges ectopiques provoquées par l'hyperexcitabilité. Ces décharges peuvent provenir du site de la lésion axonale et d'autres neurones affectés. Cela soulève la question de savoir si des lésions localisées provoquent des modifications de l'excitabilité à l'échelle cellulaire et/ou si des modifications localisées de l'excitabilité peuvent entraîner des décharges anormales à des endroits éloignés. La modélisation informatique a révélé un exemple de ce dernier cas impliquant une post-décharge (AD) – une décharge provoquée par un stimulus qui perdure après la stimulation. Nous avons constaté que l'AD, originaire d'une région hyperexcitable de l'axone, pouvait se déplacer vers le soma où elle était maintenue. Ce repositionnement de l'initiation des décharges ectopiques était indépendant de la distance entre les deux sites, mais dépendait du taux et du nombre de décharges ectopiques provenant du premier site. L'analyse dynamique non linéaire d'un modèle réduit a démontré que les propriétés qui rendaient le site axonal susceptible d'initier la MA l'empêchaient de maintenir la MA, tandis que le soma présentait les propriétés inverses, permettant ainsi aux deux sites d'interagir de manière coopérative. Une première phase de MA originaire de l'axone pouvait, en fournissant une impulsion suffisante pour déclencher la MA somatique, céder la place à une seconde phase de MA originaire du soma, de sorte que les pics se poursuivaient lorsque la MA axonale échouait. Les pics ectopiques originaires du soma pendant la phase 2 de la MA se propageaient avec succès à travers le site défaillant d'initiation des pics axonaux. Ce nouveau mécanisme par lequel les pics ectopiques en un site facilitent les pics ectopiques en un autre site est susceptible de contribuer à la chronicisation de l'hyperexcitabilité dans des affections telles que la douleur neuropathique.

Hein, D., Sejnowski, TJ Spectre des lois de puissance pour les mouvements courbes de la main. (2015) Actes de l'Académie nationale des sciences des États-Unis d'Amérique. 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 Les cartes de l'épigénome du corps humain révèlent une variation non canonique de la méthylation de l'ADN. (2015) Nature. 523(7559):212-6. DOI : 10.1038/nature14465

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Lainscsek, C., Weyhenmeyer, J., Sejnowski, TJ, Letellier, C. Découverte de paramètres indépendants dans des systèmes dynamiques complexes. (2015) Solitons du Chaos 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. Signatures épigénomiques de la diversité neuronale dans le cerveau des mammifères. (2015) Neuron. 86(6):1369-84. DOI : 10.1016/j.neuron.2015.05.018

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Johnson, T., Bartol, T., Sejnowski, T., Mjolsness, E. Réduction du modèle pour la cinétique de réaction stochastique de CaMKII dans les synapses par dynamique de corrélation contrainte par le graphique. (2015) Phys Biol. 12(4):045005. DOI: 10.1088/1478-3975/12/4/045005

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Sejnowski, TJ Vernon Mountcastle : Père des neurosciences. (2015) Actes de l'Académie nationale des sciences des États-Unis d'Amérique. 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. Cerveaux, gènes et primates. (2015) Neuron. 86(3):617-31. DOI : 10.1016/j.neuron.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, Tank, DW, Tsien, RY, Ugurbil, K., Wingfield, JC L'initiative BRAIN : développer une technologie pour catalyser la découverte en neurosciences. (2015) Philos. Trans. R. Soc. Lond., B, Biol. Sci. 370(1668). DOI : 10.1098/rstb.2014.0164

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Lainscsek, C., Sejnowski, TJ Analyse différentielle des retards des séries temporelles. (2015) Calcul neuronal. 27(3):594-614. DOI : 10.1162/NECO_a_00706

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L'analyse des systèmes dynamiques non linéaires basée sur la théorie de l'intégration a été utilisée pour la modélisation et la prédiction, mais elle trouve également des applications pour la détection de signaux et la classification de séries temporelles. Une intégration crée un objet géométrique multidimensionnel à partir d'une seule série temporelle. Traditionnellement, on utilisait soit des intégrations à retard, soit des intégrations dérivées. L'intégration à retard est composée de versions retardées du signal, tandis que l'intégration dérivée est composée de ses dérivées successives. L'intégration à retard a été étendue aux intégrations non uniformes afin de prendre en compte plusieurs échelles de temps. Ces deux intégrations fournissent des informations sur le système dynamique sous-jacent sans avoir accès directement à toutes les variables du système. L'analyse différentielle à retard repose sur les intégrations fonctionnelles, une combinaison de l'intégration dérivée et des intégrations à retard non uniformes. Les modèles d'équations différentielles à petit retard (EDD) qui représentent le mieux les caractéristiques dynamiques pertinentes des données de séries temporelles sont sélectionnés parmi un ensemble de modèles candidats pour la détection ou la classification. Nous montrons que les propriétés des DDE permettent l'analyse spectrale dans le domaine temporel, où des fonctions de corrélation non linéaires sont utilisées pour détecter les fréquences, les couplages de fréquence et de phase, et les bispectres. Ces fonctions peuvent être calculées efficacement avec des fenêtres temporelles courtes et sont robustes au bruit. Pour l'analyse fréquentielle, ce cadre est une extension multivariée de la transformée de Fourier discrète (DFT) et, pour les spectres d'ordre supérieur, il constitue une alternative linéaire et multivariée à la transformée de Fourier rapide multidimensionnelle des corrélations multidimensionnelles. Cette méthode peut être appliquée à des séries temporelles courtes ou éparses et peut être étendue aux spectres inter-essais et inter-canaux si plusieurs segments de données courts de la même expérience sont disponibles. Ensemble, cette boîte à outils temporelle offre une résolution temporelle plus élevée, des informations accrues sur les couplages de fréquence et de phase, et permet une implémentation simple et directe des spectres d'ordre supérieur dans le temps par rapport aux méthodes fréquentielles telles que la DFT et l'analyse inter-spectrale.

Lainscsek, C., Hernandez, ME, Poizner, H., Sejnowski, TJ Analyse différentielle retardée des données électroencéphalographiques. (2015) Calcul neuronal. 27(3):615-27. DOI : 10.1162/NECO_a_00656

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Moldakarimov, S., Bajenov, M., Sejnowski, TJ La rétroaction stabilise la propagation des pics synchrones dans les réseaux neuronaux corticaux. (2015) Actes de l'Académie nationale des sciences des États-Unis d'Amérique. 112(8):2545-50. DOI : 10.1073/pnas.1500643112

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Tanaka, H., Sejnowski, TJ Adaptation motrice et généralisation des mouvements d'atteinte à l'aide de primitives motrices basées sur des coordonnées spatiales. (2015) Journal of Neurophysiology. 113(4):1217-33. DOI : 10.1152/jn.00002.2014

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Le cerveau traite les informations sensorielles et motrices dans un large éventail de systèmes de coordonnées, allant des coordonnées rétiniennes de la vision aux coordonnées corporelles des zones qui contrôlent la musculature. Nous nous intéressons ici au système de coordonnées utilisé par le cortex moteur pour guider les actions et examinons les preuves physiologiques et psychophysiques d'un référentiel allocentrique basé sur des coordonnées spatiales. Lorsque les équations de mouvement régissant la dynamique d'atteinte sont exprimées sous forme de vecteurs spatiaux, chaque terme est un produit vectoriel vectoriel entre la position d'un segment de membre et une vitesse ou une accélération. Nous étendons ce cadre computationnel à l'adaptation motrice, où les termes du produit vectoriel constituent des bases adaptatives pour annuler les perturbations imposées. Les coefficients des produits vectoriels dépendants de la vitesse et de l'accélération sont supposés subir des modifications plastiques pour compenser les perturbations du champ de force ou visuomotrices. Conformément aux résultats expérimentaux, chaque produit vectoriel possédait un référentiel distinct, ce qui prédisait la généralisation d'une reconfiguration acquise à une localisation non entraînée dans l'espace de travail. En réponse au champ de force ou à la rotation visuelle, ce sont principalement les coefficients des produits croisés dépendants de la vitesse ou de l'accélération qui s'adaptent, conduisant à un transfert dans un référentiel intrinsèque ou extrinsèque, respectivement. Le modèle prédit également que la reconfiguration de la rotation visuomotrice devrait se sous- ou sur-généraliser dans un espace de travail distal ou proximal. Les bases des produits croisés peuvent expliquer de manière unifiée les différents schémas de généralisation de l'adaptation visuomotrice et du champ de force, démontrant que l'adaptation cinématique et dynamique motrice ne nécessite pas nécessairement l'intervention de substrats neuronaux distincts.

Frost, WN, Brandon, CJ, Bruno, AM, Humphries, MD, Moore-Kochlacs, C., Sejnowski, TJ, Wang, J., Hill, ES Surveillance de l'activité de pointe de nombreux neurones individuels dans les ganglions d'invertébrés. (2015) Progrès en médecine expérimentale et en biologie. 859:127-45. DOI: 10.1007/978-3-319-17641-3_5

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Sejnowski, TJ La conscience. (2015) Dédale. 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. Actes du cinquième atelier international sur les progrès de l'électrocorticographie. (2014) Epilepsy Behav. 41 : 183-92. DOI : 10.1016/j.yebeh.2014.09.015

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Regner, BM, Tartakovsky, DM, Sejnowski, TJ Identification du comportement de transport des trajectoires de molécules uniques. (2014) Journal biophysique. 107(10):2345-51. DOI : 10.1016/j.bpj.2014.10.005

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Sejnowski, TJ, Churchland, PS, Movshon, JA Mettre le big data à profit en neurosciences. (2014) Nature Neuroscience. 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., Wake, H. Biologie gliale dans l'apprentissage et la cognition. (2014) Le neuroscientifique. 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 synchronisation des états bas isolés (complexes K) peut être provoquée par une perturbation corticale de la fuseaux thalamiques. (2014) Biologie computationnelle PLOS. 10(9):e1003855. DOI : 10.1371/journal.pcbi.1003855

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Les fuseaux de sommeil et les complexes K (KC) définissent le sommeil lent de stade 2 (N2) chez l'homme. Nous avons récemment montré que les KC sont des états de sommeil isolés caractérisés par un silence cortical généralisé. Nous démontrons ici que les KC peuvent être quasi-synchrones sur l'EEG du cuir chevelu et dans une grande partie du cortex grâce à l'électrocorticographie (ECOG) et aux enregistrements transcorticaux localisés (SEEG bipolaire). Nous examinons le mécanisme de production synchrone des KC en créant le premier modèle de réseau thalamocortical du sommeil N2 basé sur la conductance, permettant de générer à la fois des fuseaux et des KC spontanés. Les KC spontanés ne sont observés que lorsque le modèle inclut des projections diffuses depuis des zones préfrontales restreintes vers le noyau réticulaire thalamique (RE), ce qui concorde avec les récentes découvertes anatomiques chez le singe rhésus. Les KC modélisés commencent par une dépolarisation focale spontanée des neurones préfrontaux, suivie d'une dépolarisation du RE. Étonnamment, la dépolarisation du RE entraîne une diminution des décharges en raison d'une perturbation de la fuseaux nerveux, elle-même due à l'inactivation du courant calcique de bas seuil (IT) induite par la dépolarisation. De plus, bien que le RE inhibe les neurones thalamocorticaux (TC), une diminution de la décharge du RE entraîne une diminution de la décharge des cellules TC, toujours en raison de la perturbation de la fuseaux nerveux. La suppression brutale de l'influx excitateur vers les neurones pyramidaux corticaux qui en résulte conduit alors à l'état bas. Empiriquement, les KC peuvent également être évoqués par des stimuli sensoriels tout en maintenant le sommeil. Nous reproduisons ce phénomène dans le modèle par dépolarisation du RE ou des neurones préfrontaux à large projection. Là encore, la perturbation de la fuseaux nerveux thalamique joue un rôle clé. Des niveaux plus élevés de stimulation du RE provoquent également des états bas, mais en inhibant directement les neurones TC. Des enregistrements SEEG du thalamus et du cortex chez un seul patient ont démontré la prédiction du modèle selon laquelle la fuseaux nerveux thalamique diminue significativement avant l'apparition du KC. En conclusion, nous montrons empiriquement que les KC peuvent être des états corticaux quasi-synchrones généralisés et démontrons avec le premier modèle de sommeil NREM de stade 2 un mécanisme possible par lequel cette synchronie généralisée peut survenir.

Stefan, MI, Bartol, TM, Sejnowski, TJ, Kennedy, Manitoba Modélisation multi-états de biomolécules. (2014) Biologie computationnelle PLOS. 10(9):e1003844. DOI : 10.1371/journal.pcbi.1003844

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La modélisation multi-états des biomolécules fait référence à un ensemble de techniques permettant de représenter et de calculer le comportement de molécules ou de complexes biologiques pouvant adopter un grand nombre d'états fonctionnels possibles. Les systèmes de signalisation biologique reposent souvent sur des complexes de macromolécules biologiques capables de subir plusieurs modifications fonctionnelles significatives et compatibles entre elles. Ils peuvent ainsi exister dans un très grand nombre d'états fonctionnellement différents. La modélisation de tels systèmes multi-états pose deux problèmes : la description et la spécification d'un système multi-états (le « problème de spécification ») et l'utilisation d'un ordinateur pour simuler l'évolution du système au fil du temps (le « problème de calcul »). Pour résoudre ce problème de spécification, les modélisateurs ont, ces dernières années, délaissé la spécification explicite de tous les états possibles au profit de formalismes basés sur des règles permettant une spécification implicite des modèles, notamment le κ-calcul, BioNetGen, le compilateur de réseaux allostériques, etc. Pour résoudre ce problème de calcul, ils se sont tournés vers des méthodes basées sur les particules, qui se sont souvent avérées plus efficaces en termes de calcul que les méthodes basées sur la population, basées sur des équations différentielles ordinaires, des équations aux dérivées partielles ou l'algorithme de simulation stochastique de Gillespie. Compte tenu des technologies informatiques actuelles, les méthodes basées sur les particules constituent parfois la seule option possible. Les simulateurs basés sur les particules se divisent en deux catégories : les simulateurs non spatiaux, tels que StochSim, DYNSTOC, RuleMonkey et le simulateur stochastique sans réseau (NFSim), et les simulateurs spatiaux, notamment Meredys, SRSim et MCell. Les modélisateurs peuvent ainsi choisir parmi une variété d'outils, le meilleur choix dépendant du problème spécifique. Le développement de méthodes plus rapides et plus puissantes est en cours, ce qui promet de pouvoir simuler des processus de signalisation toujours plus complexes à l'avenir.

Moldakarimov, S., Bajenov, M., Sejnowski, TJ Les entrées descendantes améliorent la sélectivité d'orientation dans les neurones du cortex visuel primaire pendant l'apprentissage perceptif. (2014) Biologie computationnelle PLOS. 10(8):e1003770. DOI : 10.1371/journal.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, IM, Sejnowski, TJ, Heinemann, SF Les astrocytes contribuent aux oscillations gamma et à la mémoire de reconnaissance. (2014) Actes de l'Académie nationale des sciences des États-Unis d'Amérique. 111(32):E3343-52. DOI : 10.1073/pnas.1410893111

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Weyhenmeyer, J., Hernandez, ME, Lainscsek, C., Sejnowski, TJ, Poizner, H. Les artefacts musculaires dans les données EEG d'un seul essai distinguent les patients atteints de la maladie de Parkinson des individus en bonne santé. (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 cerveau-machine-corps en boucle fermée pour la rééducation non invasive des troubles du mouvement. (2014) Ann Biomed ing. 42(8):1573-1593. DOI: 10.1007/s10439-014-1032-6

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Saremi, S., Sejnowski, TJ Sur la criticité des données de grande dimension. (2014) Calcul neuronal. 26(7):1329-1339. DOI : 10.1162/NECO_a_00607

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Solstad, T., Yousif, HN, Sejnowski, TJ Remappage du taux de cellules par les collatérales récurrentes CA3. (2014) Biologie computationnelle PLOS. 10(6):e1003648. DOI : 10.1371/journal.pcbi.1003648

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On pense que la mémoire épisodique est soutenue par la dynamique des attracteurs dans l'hippocampe. Un substrat neuronal possible pour ce mécanisme de mémoire est la reprogrammation du taux de réponse, dans laquelle la carte spatiale des cellules de lieu code l'information contextuelle par la variabilité de leur taux de réponse. Afin de vérifier si les souvenirs sont stockés sous forme d'attracteurs multimodaux dans des populations de cellules de lieu, des expériences récentes ont transformé un contexte familier en un autre tout en observant les réponses d'ensembles de cellules CA3. L'activité moyenne de la population CA3 s'est avérée graduelle plutôt que brutale d'un contexte familier à l'autre, suggérant une absence de forces attractives associées aux deux représentations stockées. En revanche, les cellules CA3 individuelles ont présenté un mélange de transitions graduelles et brutales à différents points de la séquence de morphing, et certaines ont présenté une hystérésis, signe de la dynamique des attracteurs. Afin de comprendre si ces résultats apparemment contradictoires sont compatibles avec la théorie des réseaux d'attracteurs, nous avons développé un modèle de réseau neuronal du CA3 avec des attracteurs pour les contextes de position et discrets. Nous avons constaté que pour les souvenirs stockés dans des ensembles neuronaux se chevauchant au sein d'une même carte spatiale, les attracteurs contextuels dépendants de la position effectuaient des transitions à différents points de la séquence morphologique. Des courbes de transition lisses résultaient du calcul de la moyenne sur l'ensemble de la population, tandis qu'un ensemble hétérogène de réponses était observé au niveau de l'unité unique. En revanche, les souvenirs orthogonaux entraînaient des transitions abruptes et cohérentes aux niveaux de la population et de l'unité unique, comme observé expérimentalement lors du remappage entre deux cartes spatiales indépendantes. Une forte rétroaction récurrente entraînait un effet hystérétique sur le réseau, qui diminuait avec le degré de chevauchement des souvenirs stockés. Ces résultats suggèrent que la mémoire dépendante du contexte peut être soutenue par des attracteurs locaux se chevauchant au sein d'une carte spatiale de cellules de lieu CA3. Des mécanismes similaires pour la mémoire dépendante du contexte pourraient également être observés dans d'autres régions du cortex cérébral.

Sejnowski, TJ Résumé : La cognition en 2014. (2014) Symposiums de Cold Spring Harbor sur la biologie quantitative. 79 : 237-41. DOI : 10.1101/sqb.2014.79.024885

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Sejnowski, TJ, Poizner, H., Lynch, G., Gepshtein, S., Greenspan, RJ Optimisation prospective. (2014) Actes de l'IEEE. Institut des ingénieurs électriciens et électroniciens. 102(5). DOI : 10.1109/JPROC.2014.2314297

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Jadi, député, Sejnowski, TJ Les oscillations corticales résultent d’interactions contextuelles qui régulent le codage clairsemé. (2014) Actes de l'Académie nationale des sciences des États-Unis d'Amérique. 111(18):6780-5. DOI : 10.1073/pnas.1405300111

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McDonnell, MD, Boahen, K., Ijspeert, A., Sejnowski, TJ Ingénierie de systèmes électroniques intelligents basés sur les neurosciences computationnelles. (2014) Actes de l'IEEE. Institut des ingénieurs électriciens et électroniciens. 102(5):646-651. DOI : 10.1109/JPROC.2014.2314776

Jadi, député, Sejnowski, TJ Régulation des oscillations corticales dans un réseau stabilisé par inhibition. (2014) Actes de l'IEEE. Institut des ingénieurs électriciens et électroniciens. 102(5). DOI : 10.1109/JPROC.2014.2313113

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Comprendre l'architecture anatomique et fonctionnelle du cerveau est essentiel à la conception de systèmes intelligents inspirés par les neurones. Des études théoriques et empiriques suggèrent un rôle des oscillations à bande étroite dans le façonnement de l'architecture fonctionnelle du cerveau, par leur rôle dans le codage et la communication de l'information. Ces oscillations sont des signaux omniprésents dans l'activité électrique enregistrée par le cerveau. Dans le cortex, les oscillations détectées dans la gamme gamma (30-80 Hz) sont modulées de manière complexe par les états comportementaux et les caractéristiques sensorielles. Comment cette régulation est-elle réalisée ? Bien que plusieurs principes sous-jacents à la genèse de ces oscillations aient été proposés, une explication unifiée de leur régulation demeure difficile à cerner. Dans un réseau de neurones excitateurs et inhibiteurs fonctionnant en régime stabilisé par l'inhibition, nous montrons que les réponses fortement superlinéaires des neurones inhibiteurs facilitent la régulation bidirectionnelle de la fréquence et de la puissance des oscillations. Dans un tel réseau, l'équilibre des impulsions transmises aux populations excitatrices et inhibitrices détermine la modulation de la puissance et de la fréquence des oscillations. Le modèle explique l'augmentation surprenante de leur fréquence avec la saillance des stimuli visuels, et leur diminution avec leur taille. Dans notre modèle, les oscillations s'intensifient à mesure que le niveau moyen de déclenchement diminue, ce qui explique la dépendance à la taille des rythmes gamma évoqués visuellement et suggère un rôle des oscillations dans l'amélioration du rapport signal sur bruit (SNR) des signaux dans le cerveau. Tester empiriquement de telles prédictions reste difficile, et la mise en œuvre des stratégies de codage et de communication proposées dans les systèmes neuromorphiques pourrait contribuer à notre compréhension du système biologique.

O'Donnell, C., Sejnowski, TJ Généralisation sélective de la mémoire par structuration spatiale de la synthèse des protéines. (2014) Neuron. 82(2):398-412. DOI : 10.1016/j.neuron.2014.02.028

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Edwards, J., Daniel, E., Kinney, J., Bartol, T., Sejnowski, T., Johnston, D., Harris, K., Bajaj, C. VolRoverN : amélioration de la reconstruction de surface et volumétrique pour une simulation dynamique réaliste de la fonction cellulaire et subcellulaire. (2014) Neuroinformatique. 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. Vers une interface cerveau-ordinateur EEG semi-auto-rythmée : décodage de l'état d'initiation de l'état de non-initiation dans des créneaux horaires dédiés. (2014) PLOS One. 9(2):e88915. DOI : 10.1371/journal.pone.0088915

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Les interfaces cerveau-machine (ICM) offrent à un large éventail de personnes atteintes de troubles neurologiques un moyen alternatif d'interagir avec leur environnement. De nombreuses ICM sont des systèmes « synchrones », dans lesquels le système fixe le timing de l'interaction et tente de déduire la commande de contrôle émise par le sujet à chaque sollicitation. À l'inverse, dans les ICM « asynchrones », les sujets rythment l'interaction et le système doit déterminer le moment où la commande de contrôle du sujet se produit. Dans cet article, nous proposons une nouvelle approche pour les ICM qui s'appuie sur les atouts des deux approches. Les sujets sont rythmés de manière externe et l'ICM est capable de déterminer le moment où les commandes de contrôle sont émises en décodant l'intention du sujet d'initier le contrôle dans des créneaux horaires dédiés. Une tâche unique avec des essais entrelacés aléatoirement a été conçue pour tester son utilisation comme stimulus pour induire des états d'initiation et de non-initiation lorsque les exigences sensorielles et motrices des deux types d'essais sont quasiment identiques. De plus, le problème essentiel de la discrimination entre l'état d'initiation et l'état de non-initiation a été étudié. Nous avons testé la capacité de la puissance spectrale EEG à distinguer ces deux états. Parmi les quatre bandes de fréquences EEG standard, la puissance de la bande bêta enregistrée sur les cortex pariéto-occipitaux a fourni les meilleures performances, avec une précision moyenne de 86 % pour la classification correcte des états d'initiation et de non-initiation. De plus, la puissance de la bande delta enregistrée sur les aires pariétales et motrices a donné de bons résultats et pourrait donc également être utilisée comme caractéristique alternative pour distinguer ces deux états mentaux. Les résultats démontrent la viabilité de notre idée de conception d'une BCI basée sur des caractéristiques EEG conventionnelles. Notre proposition offre le potentiel d'atténuer les difficultés de détection du signal des BCI entièrement asynchrones, tout en offrant une plus grande flexibilité au sujet que les BCI synchrones traditionnelles.

Lainscsek, C., Weyhenmeyer, J., Hernandez, ME, Poizner, H., Sejnowski, TJ Classification dynamique non linéaire de séries temporelles courtes du système de Rössler dans des régimes à fort bruit. (2013) Frontières en neurologie. 4:182. DOI : 10.3389/fneur.2013.00182

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L'analyse des séries temporelles à l'aide d'équations différentielles à retard (EDD) révèle les propriétés non linéaires du système dynamique sous-jacent et peut servir d'outil de classification non linéaire du domaine temporel. Ici, des modèles DDE globaux ont été utilisés pour analyser de courts segments de séries temporelles simulées issues d'un système dynamique connu, le système de Rössler, dans des régimes de bruit élevé. Dans un article complémentaire, nous appliquons le modèle DDE développé ici à la classification de courts segments de données encéphalographiques (EEG) enregistrées chez des patients atteints de la maladie de Parkinson et des sujets sains. Neuf sujets simulés dans chacune des deux classes distinctes ont été générés en faisant varier le paramètre de bifurcation b et en maintenant les deux autres paramètres (a et c) du système de Rössler fixes. Tous les choix de b se situaient dans la plage de paramètres chaotiques. Nous avons dilué les données simulées à l'aide d'un bruit blanc dont le rapport signal sur bruit (SNR) variait de 10 à -30 dB. La sélection de la structure a été supervisée en sélectionnant le nombre de termes, les retards et l'ordre de non-linéarité du modèle DDE qui séparait le mieux linéairement les deux classes de données. Français Les distances d de l'hyperplan de division linéaire ont ensuite été utilisées pour évaluer les performances de classification en calculant l'aire A' sous la courbe ROC. Le modèle sélectionné a été testé sur des données non entraînées en utilisant une validation par sous-échantillonnage aléatoire répété. Les DDE ont pu distinguer avec précision les deux conditions dynamiques et, de plus, quantifier les changements dans la dynamique. Il y avait une corrélation significative entre le paramètre de bifurcation dynamique b des données simulées et le paramètre de classification d de notre analyse. Cette corrélation était toujours valable pour les nouveaux sujets simulés avec de nouveaux paramètres dynamiques sélectionnés dans chacun des deux régimes dynamiques. De plus, la corrélation était robuste au bruit ajouté, étant significative même lorsque le bruit était supérieur au signal. Nous concluons que les modèles DDE peuvent être utilisés comme un outil de classification généralisable et fiable, même pour de petits segments de données bruitées.

Lainscsek, C., Hernandez, ME, Weyhenmeyer, J., Sejnowski, TJ, Poizner, H. L'analyse dynamique non linéaire des séries temporelles EEG distingue les patients atteints de la maladie de Parkinson des individus en bonne santé. (2013) Frontières en neurologie. 4:200. DOI : 10.3389/fneur.2013.00200

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La physiopathologie de la maladie de Parkinson (MP) est connue pour impliquer des altérations des schémas de décharge et de synchronisation neuronales dans les circuits cortico-ganglionnaires de la base. L'analyse de l'électroencéphalogramme (EEG) des patients peut apporter un éclairage sur la nature de cette dynamique temporelle aberrante. Plutôt que d'utiliser des méthodes spectrales, nous avons utilisé des modèles de données basés sur des équations différentielles à retard (EDD) comme outils de classification non linéaire du domaine temporel pour analyser les enregistrements EEG de patients atteints de MP sous et sans traitement dopaminergique et de sujets sains. Deux séries de 50 segments d'une seconde d'activité EEG à 1 canaux ont été enregistrées chez neuf patients atteints de MP sous et sans traitement et neuf témoins appariés selon l'âge. Les 64 canaux EEG ont été regroupés en 64 groupes couvrant les régions cérébrales frontale, centrale, pariétale et occipitale pour l'analyse. Les modèles EED ont été ajustés à des essais individuels, et les coefficients et l'erreur du modèle ont été utilisés comme caractéristiques de classification. Français Les meilleurs modèles ont été sélectionnés en utilisant une validation par sous-échantillonnage aléatoire répété et la performance de classification a été mesurée à l'aide de l'aire sous la courbe ROC A'. Dans un article complémentaire, nous montrons que les DDE peuvent révéler une structure dynamique cachée à partir de courts segments de séries temporelles simulées de systèmes dynamiques connus dans des régimes de bruit élevé. En utilisant la même méthode pour trouver les meilleurs modèles, nous avons constaté ici que même de courts segments de données EEG chez les patients parkinsoniens et les témoins contenaient une structure dynamique, et de plus, que les patients parkinsoniens présentaient une plage dynamique plus grande que les témoins. Les résultats du modèle DDE sur les moyennes d'un ensemble de 10 essais ont fourni une séparation presque complète des patients parkinsoniens sans traitement des témoins : selon les régions cérébrales, l'aire sous les courbes caractéristiques de fonctionnement du récepteur, A', variait de 50 à 0.95. Pour distinguer les patients parkinsoniens sous traitement de ceux sans traitement, la performance de classification A' variait de 1.0 à 0.86 selon les régions cérébrales. De plus, la généralisabilité du modèle au deuxième ensemble de 1.0 essais était excellente, avec un A' compris entre 50 et 0.81 pour les différentes régions cérébrales chez les témoins et les patients atteints de MP sans traitement, et entre 0.94 et 0.62 pour les patients atteints de MP sous traitement et sans traitement. Enfin, les caractéristiques du modèle ont permis de prédire de manière significative la gravité motrice de chaque patient, évaluée à l'aide d'échelles d'évaluation clinique standard.

Cortes, JM, Desroches, M., Rodrigues, S., Veltz, R., Muñoz, MA, Sejnowski, TJ La plasticité synaptique à court terme dans le modèle déterministe de Tsodyks-Markram conduit à une dynamique de réseau imprévisible. (2013) Actes de l'Académie nationale des sciences des États-Unis d'Amérique. 110(41):16610-5. DOI : 10.1073/pnas.1316071110

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Timofeev, I., Sejnowski, TJ, Bajenov, M., Chauvette, S., Grand, LB Dépendance à l'âge de l'épileptogenèse néocorticale induite par un traumatisme. (2013) Frontières en neurosciences cellulaires. 7h154. DOI : 10.3389/fncel.2013.00154

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Lister, R.*, Mukamel, EA, Nery, JR, Urich, M., Puddifoot, CA, Johnson, ND, Lucero, J., Huang, Y., Dwork, AJ, Schultz, MD, Yu, M., Tonti-Filippini, J., Heyn, H., Hu, S., Wu, JC, Rao, A., Esteller, M., He, C., Haghighi, FG, Sejnowski, TJ, Behrens, MM*, Ecker, JR* Reconfiguration épigénomique globale au cours du développement du cerveau des mammifères. (2013) Science. 341(6146):1237905. DOI : 10.1126/science.1237905

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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, Brown, EM, Sejnowski, TJ Les habitudes chocolatées des lauréats du prix Nobel. (2013) Nature. 499(7459):409. DOI : 10.1038/499409a

Lainscsek, C., Sejnowski, TJ Classification des électrocardiogrammes à l'aide d'équations différentielles à retard. (2013) Le chaos. 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. Effets prolongés de la kétamine chez les souris hypomorphes Sp4 : imitation des phénotypes de la schizophrénie. (2013) PLOS One. 8(6):e66327. DOI : 10.1371/journal.pone.0066327

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Chukoskie, L., Snider, J., Mozer, MC, Krauzlis, RJ, Sejnowski, TJ Apprendre où chercher une cible cachée. (2013) Actes de l'Académie nationale des sciences des États-Unis d'Amérique. 110 Suppl : 10438-10445. DOI : 10.1073/pnas.1301216110

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La survie dépend de la capacité à trouver sa nourriture, pour laquelle l'évolution a sélectionné divers comportements selon les espèces. Les humains recherchent non seulement de la nourriture, mais aussi des informations. Nous décidons où regarder plus de 170,000 XNUMX fois par jour, soit environ trois fois par seconde d'éveil. La fréquence de ces saccades oculaires dissimule la complexité de chaque choix individuel. L'expérience influence le choix de l'endroit où regarder et peut être invoquée pour rediriger rapidement le regard en fonction du contexte et de la tâche. Cependant, on sait étonnamment peu de choses sur la façon dont les individus apprennent à diriger leur regard dans le contexte et la tâche actuels. Nous avons conçu une tâche dans laquelle les participants recherchent, dans une scène nouvelle, une cible dont la localisation était déterminée stochastiquement à chaque essai à partir d'une distribution a priori fixe. La cible était invisible sur un écran vide, et les participants étaient récompensés lorsqu'ils fixaient la cible cachée. En quelques essais seulement, les participants ont rapidement trouvé les cibles cachées en regardant près des emplacements précédemment récompensés et en évitant ceux qui ne l'étaient pas. Les trajectoires d'apprentissage ont été bien caractérisées par un modèle simple d'apprentissage par renforcement (RL) qui maintenait et actualisait continuellement une carte de récompense des localisations. Le modèle RL a formulé d'autres prédictions concernant la sensibilité à l'expérience récente, confirmées par les données. Les performances asymptotiques des participants et du modèle RL se sont rapprochées de la performance optimale caractérisée par la théorie de l'observateur idéal. Ces deux niveaux d'explication complémentaires montrent comment l'expérience dans un nouvel environnement stimule la recherche visuelle chez l'humain et pourrait s'étendre à d'autres formes de recherche, comme la recherche de nourriture chez les animaux.

Stiefel, KM, Englitz, B., Sejnowski, TJ Origine des décharges irrégulières intrinsèques dans les interneurones corticaux. (2013) Actes de l'Académie nationale des sciences des États-Unis d'Amérique. 110(19):7886-7891. DOI : 10.1073/pnas.1305219110

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Gire, DH, Restrepo, D., Sejnowski, TJ, Greer, C., De Carlos, JA, Lopez-Mascaraque, L. Traitement temporel dans le système olfactif : peut-on voir une odeur ? (2013) Neuron. 78(3):416-432. DOI : 10.1016/j.neuron.2013.04.033

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Saremi, S., Sejnowski, TJSharpee, TO Les filtres à double Gabor sont des composants indépendants de petits patchs d'image invariants en translation. (2013) Calcul neuronal. 25(4):922-39. DOI : 10.1162/NECO_a_00418

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Wang, X., Pinto-Duarte, A., Sejnowski, TJ, Behrens, MM Comment la NADPH oxydase contenant Nox2 affecte les circuits corticaux dans le modèle antagoniste du récepteur NMDA de la schizophrénie. (2013) Antioxydants et signalisation 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 Diffusion anormale de particules uniques dans le cytoplasme. (2013) Journal biophysique. 104(8):1652-60. DOI : 10.1016/j.bpj.2013.01.049

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Alivisatos, AP, Andrews, AM, Boyden, ES, Chun, M., Church, GM, Deisseroth, K., Donoghue, JP, Fraser, SE, Lippincott-Schwartz, J., Looger, LL, Masmanidis, S., McEuen, PL, Nurmikko, AV, Park, H., Peterka, DS, Reid, C., Roukes, ML, Scherer, A., Schnitzer, M., Sejnowski, TJ, Shepard, KL, Tsao, D., Turrigiano, G., Weiss, PS, Xu, C., Yuste, R., Zhuang, X. Nanooutils pour les neurosciences et la cartographie de l'activité cérébrale. (2013) ACS Nano. 7(3):1850-66. DOI : 10.1021/nn4012847

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Les neurosciences sont à la croisée des chemins. Des efforts considérables sont déployés pour décrypter les interactions et les circuits neuronaux spécifiques. Parallèlement, il existe peu de théories ou de principes généraux expliquant le fonctionnement cérébral. Nous attribuons cette disparité, en partie, aux limites des méthodologies actuelles. Les approches neurophysiologiques traditionnelles enregistrent l'activité d'un ou de quelques neurones à la fois. Les approches neurochimiques se concentrent sur des neurotransmetteurs uniques. Pourtant, on prend de plus en plus conscience que les circuits neuronaux fonctionnent à des niveaux émergents, où les interactions entre des centaines ou des milliers de neurones, utilisant de multiples transmetteurs chimiques, génèrent des états fonctionnels. Le cerveau fonctionne à l'échelle nanométrique ; les outils permettant de l'étudier doivent donc, à terme, fonctionner également à cette échelle. Les nanosciences et les nanotechnologies sont en passe de fournir un riche ensemble de méthodes innovantes pour explorer le fonctionnement cérébral en permettant la mesure et la manipulation simultanées de l'activité de milliers, voire de millions de neurones. Nous, comme d'autres, appelons cet objectif le Projet de Cartographie de l'Activité Cérébrale. Dans ce dossier Nano, nous expliquons comment les récents développements en matière d'outils d'analyse à l'échelle nanométrique, ainsi que dans la conception et la synthèse de nanomatériaux, ont généré des méthodes optiques, électriques et chimiques facilement adaptables aux neurosciences. Ces approches représentent des domaines de développement technique et de recherche passionnants. De plus, des opportunités uniques s'offrent aux nanoscientifiques, aux nanotechnologues et aux autres physiciens et ingénieurs pour contribuer à la résolution des problèmes complexes liés à la compréhension des fondamentaux du fonctionnement cérébral.

Alivisatos, AP, Chun, M., Church, GM, Deisseroth, K., Donoghue, JP, Greenspan, RJ, McEuen, PL, Roukes, ML, Sejnowski, TJ, Weiss, PS, Yuste, R. Neurosciences. La carte de l'activité cérébrale. (2013) Science. 339(6125):1284-5. DOI : 10.1126/science.1236939

Saremi, S., Sejnowski, TJ Modèle hiérarchique des images naturelles et origine de l'invariance d'échelle. (2013) Actes de l'Académie nationale des sciences des États-Unis d'Amérique. 110(8):3071-3076. DOI : 10.1073/pnas.1222618110

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Tanaka, H., Sejnowski, TJ Calcul de la dynamique d'atteinte dans le cortex moteur avec des coordonnées spatiales cartésiennes. (2013) Journal of Neurophysiology. 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 Les feuillets et tunnels extracellulaires modulent la diffusion du glutamate dans le neuropile hippocampique. (2013) Journal de neurologie comparée. 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, EN Initiation de l'action dans le cortex cingulaire antérieur dorsal humain. (2013) PLOS One. 8(2):e55247. DOI : 10.1371/journal.pone.0055247

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Volman, V., Bajenov, M., Sejnowski, TJ Diviser pour mieux régner : la ségrégation fonctionnelle des entrées synaptiques par les microdomaines astrocytaires pourrait atténuer l'activité paroxystique après un traumatisme cérébral. (2013) Biologie computationnelle PLOS. 9(1):e1002856. DOI : 10.1371/journal.pcbi.1002856

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Toups, JV, Fellous, JM, Thomas, PJ, Sejnowski, TJ, Tiesinga, PH Plusieurs modèles de temps de pointe se produisent aux points de bifurcation de la dynamique du potentiel membranaire. (2012) Biologie computationnelle PLOS. 8(10):e1002615. DOI : 10.1371/journal.pcbi.1002615

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Catterall, WA, Raman, IM, Robinson, HP, Sejnowski, TJ, Paulsen, O. L'héritage Hodgkin-Huxley : des canaux aux circuits. (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 plasticité à court terme limite l'organisation spatiale d'un terminal présynaptique hippocampique. (2012) Actes de l'Académie nationale des sciences des États-Unis d'Amérique. 109(36):14657-14662. DOI : 10.1073/pnas.1211971109

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Volman, V., Bajenov, M., Sejnowski, TJ Modèles informatiques de l'interaction neurone-astrocyte dans l'épilepsie. (2012) Frontières en neurosciences computationnelles. 6h58. DOI : 10.3389/fncom.2012.00058

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Bonjean, M., Baker, T., Bazhenov, M., Cash, S., Halgren, E., Sejnowski, T. Interactions entre les projections thalamocorticales centrales et matricielles dans la synchronisation des fuseaux du sommeil humain. (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 Généralisation et modèles multi-taux de l'adaptation motrice. (2012) Calcul neuronal. 24(4):939-966. DOI : 10.1162/NECO_a_00262

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Lorsque les sujets adaptent leurs mouvements d'atteinte dans le contexte d'une force systématique ou d'une perturbation visuelle, la généralisation de l'adaptation peut être évaluée psychophysiquement de deux manières : en testant des emplacements non entraînés dans l'espace de travail à la fin de l'adaptation (généralisation post-adaptation lente) ou en déterminant l'influence d'une erreur sur l'essai suivant pendant l'adaptation (généralisation essai par essai rapide). Ces deux mesures de généralisation ont été largement utilisées dans les études psychophysiques, mais la raison de leur éventuelle différence n'a pas été explicitement abordée. Notre objectif était de développer un cadre informatique permettant de déterminer quand un modèle à deux états est justifié par les données et d'explorer les implications de ces deux types de généralisation pour les représentations neuronales des mouvements. Nous avons d'abord étudié, pour l'apprentissage à cible unique, dans quelle mesure les procédures statistiques standard de sélection de modèles peuvent discriminer les modèles à deux processus des modèles à processus unique lorsque les coefficients d'apprentissage et de rétention étaient systématiquement variés. Nous avons ensuite construit un modèle à deux états pour l'apprentissage multicible et montré que si un processus d'adaptation est effectivement à deux vitesses, alors l'approche de généralisation post-adaptation sonde principalement le processus lent, tandis que l'approche de généralisation essai par essai est plus informative sur le processus rapide. Le processus rapide, en raison de sa forte sensibilité aux erreurs d'essai, contribue principalement à la généralisation essai par essai, tandis que la forte rétention du système lent contribue principalement à la généralisation post-adaptation. Ainsi, lorsqu'il est démontré que l'adaptation est à deux vitesses, les deux mesures de généralisation peuvent sonder différentes représentations cérébrales de la direction du mouvement.

Ramirez-Moreno, DF, Sejnowski, TJ Un modèle informatique pour la modulation de l'inhibition pré-impulsionnelle du réflexe de sursaut acoustique. (2012) Biol Cybern. 106(3):169-176. DOI: 10.1007/s00422-012-0485-7

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Powell, SB, Sejnowski, TJ, Behrens, MM Conséquences comportementales et neurochimiques du stress oxydatif cortical sur la maturation de la parvalbumine-interneurone dans des modèles rongeurs de schizophrénie. (2012) Neuropharmacologie. 62(3):1322-31. DOI : 10.1016/j.neuropharm.2011.01.049

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Volman, V., Behrens, MM, Sejnowski, TJ La régulation négative de la parvalbumine au niveau des synapses corticales GABA réduit l'activité oscillatoire gamma du réseau. (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 Explication des changements pathologiques de l'excitabilité axonale par l'analyse dynamique de modèles basés sur la conductance. (2011) J Neural Ing. 8(6):065002. DOI: 10.1088/1741-2560/8/6/065002

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Les neurones s'appuient sur des potentiels d'action, ou pointes, pour relayer l'information. Des modifications pathologiques de la génération des pointes contribuent probablement à certaines caractéristiques énigmatiques des maladies neurologiques, comme les crises paroxystiques de douleur et les spasmes musculaires. Les symptômes paroxystiques se caractérisent par une apparition brutale et une courte durée, et sont associés à des pointes anormales, bien que leur physiopathologie exacte reste floue. Pour aider à déchiffrer les bases biophysiques des pointes « paroxystiques », nous avons reproduit la post-décharge (c'est-à-dire la poursuite des pointes après un bref stimulus) dans un modèle axonal basé sur la conductance minimale. Nous avons ensuite appliqué une analyse dynamique non linéaire pour expliquer les bases dynamiques de l'initiation et de la fin de la post-décharge. Une perturbation pourrait faire basculer brutalement le système entre deux états attracteurs (quasi-)stables : le repos et les pointes répétitives. Cette bistabilité était la conséquence d'une rétroaction positive lente médiée par un courant entrant persistant. L'initiation de la post-décharge a été expliquée par l'activation du courant entrant persistant forçant le système à franchir un point de selle séparant les bassins d'attraction associés à chaque attracteur. La fin de la post-décharge a été expliquée par la destruction de l'attracteur associé aux pics répétitifs. Cela s'est produit lorsqu'une rétroaction négative ultra-lente, telle que l'accumulation intracellulaire de sodium, a provoqué la collision du point de selle et du cycle limite stable ; à cet égard, l'attracteur actif n'est pas véritablement stable lorsque la dynamique la plus lente est prise en compte. Le modèle explique également d'autres caractéristiques des symptômes paroxystiques, notamment la sommation temporelle et la réfractarité.

Wei, H., Bonjean, M., Petry, HM, Sejnowski, TJ, Bickford, Maine Propension à tirer en rafales thalamiques : comparaison des noyaux géniculés latéraux dorsaux et pulvinaires chez la musaraigne arboricole. (2011) Journal of Neuroscience. 31(47):17287-17299. DOI: 10.1523/JNEUROSCI.6431-10.2011

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Les neurones relais des noyaux thalamiques dorsaux peuvent déclencher des salves de potentiels d'action à haute fréquence qui chevauchent la crête des courants calciques transitoires voltage-dépendants (de type T) [pics à bas seuil (LTS)]. Afin d'explorer les caractéristiques potentielles des salves spécifiques au noyau, nous avons comparé les propriétés membranaires des neurones relais du noyau géniculé latéral dorsal (dLGN) et du noyau pulvinar à l'aide d'enregistrements in vitro de cellules entières dans des coupes de tissus de musaraignes arboricoles (Tupaia) juvéniles et adultes. Nous avons injecté des rampes de courant de pente variable dans les neurones suffisamment hyperpolarisés pour désactiver les canaux calciques de type T. Chez un faible pourcentage de neurones pulvinar et dLGN juvéniles, aucun LTS n'a pu être évoqué. Chez les neurones juvéniles restants et chez tous les neurones dLGN adultes, un seul LTS a pu être évoqué par des rampes de courant. Cependant, chez le pulvinar adulte, les rampes de courant ont évoqué plusieurs LTS dans plus de 70 % des neurones enregistrés. En utilisant l'immunohistochimie, les techniques de Western blot, la stéréologie non biaisée et la microscopie confocale et électronique, nous avons constaté que les neurones pulvinars exprimaient davantage de canaux calciques de type T (Ca(v) 3.2) et davantage de canaux potassiques à faible conductance (SK2) que les neurones dLGN et que le noyau pulvinar contenait un rapport glie/neurone plus élevé que le dLGN. Les modèles compartimentaux de type Hodgkin-Huxley ont révélé que les différents modes de décharge pouvaient être reproduits en manipulant la densité, la distribution et la cinétique des canaux calciques de type T et SK2. Les propriétés intrinsèques des neurones pulvinars qui favorisent les décharges en rafale chez l'adulte pourraient être pertinentes pour le traitement des affections impliquant l'apparition d'interactions thalamocorticales aberrantes à l'âge adulte.

Brenner, S., Sejnowski, TJ Comprendre le cerveau humain. (2011) Science. 334(6056):567. DOI : 10.1126/science.1215674

Volman, V., Sejnowski, TJ, Bajenov, M. Bases topologiques de l'épileptogenèse dans un modèle de traumatisme cortical sévère. (2011) Journal of Neurophysiology. 106(4):1933-1942. DOI : 10.1152/jn.00458.2011

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Yu, T., Sejnowski, TJ, Cauwenberghs, G. Dynamique biophysique des pics, des explosions et de l'excitabilité neuronale dans les VLSI analogiques reconfigurables. (2011) Système de circuits biomédicaux trans IEEE 5(5):420-429. DOI : 10.1109/TBCAS.2011.2169794

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Volman, V., Bajenov, M., Sejnowski, TJ Le modèle de traumatisme détermine le seuil d’activité épileptique dans un modèle de désafférentation corticale. (2011) Actes de l'Académie nationale des sciences des États-Unis d'Amérique. 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. Interaction entre l'activité cérébrale spontanée et induite pendant le sommeil à mouvements oculaires non rapides chez l'homme. (2011) Actes de l'Académie nationale des sciences des États-Unis d'Amérique. 108(37):15438-15443. DOI : 10.1073/pnas.1112503108

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Toups, JV, Fellous, JM, Thomas, PJ, Sejnowski, TJ, Tiesinga, PH Trouver la structure événementielle des trains de pics neuronaux. (2011) Calcul 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., Bajenov, M. La rétroaction corticothalamique contrôle la durée du fuseau du sommeil in vivo. (2011) Journal of Neuroscience. 31(25):9124-9134. DOI: 10.1523/JNEUROSCI.0077-11.2011

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Romani, S., Sejnowski, TJ, Tsodyks, M. Dynamique intracellulaire des cellules de lieu virtuelles. (2011) Calcul 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. Le choix module la dynamique neuronale du traitement des erreurs de prédiction lors de l’apprentissage récompensé. (2011) Neuroimage. 54(2):1385-1394. DOI : 10.1016/j.neuroimage.2010.09.051

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Notre capacité à interagir sélectivement avec notre environnement nous permet de guider notre apprentissage et d'en tirer profit. Face à de multiples actions possibles, nos choix constituent un aspect crucial de l'apprentissage. Dans le cas de l'apprentissage par rétroaction gratifiante, des progrès théoriques et empiriques substantiels ont été réalisés pour élucider les processus comportementaux et neuronaux associés, principalement en termes d'erreur de prédiction de récompense, une mesure de l'écart entre la récompense réelle et la récompense attendue. Néanmoins, l'influence spécifique du choix sur le traitement des erreurs de prédiction et sa dynamique neuronale reste relativement inexplorée. Dans cette étude, nous avons utilisé un nouveau paradigme pour déterminer comment le choix influence le traitement des erreurs de prédiction et pour examiner s'il existe des dynamiques neuronales distinctes correspondantes. Nous avons enregistré un électroencéphalogramme du cuir chevelu pendant que des adultes en bonne santé se voyaient administrer une tâche d'apprentissage récompensée, dans laquelle des essais de choix étaient entrecoupés d'essais témoins impliquant les mêmes stimuli, réponses motrices et récompenses probabilistes. Nous avons utilisé un modèle d'apprentissage par différences temporelles des choix des sujets essai par essai pour déduire les évaluations d'images des sujets et les erreurs de prédiction correspondantes. Comme prévu, les choix étaient associés à des erreurs de prédiction globales plus faibles, notamment au cours de l'apprentissage des contingences stimulus-récompense. Les choix induisaient également une positivité relative d'amplitude plus élevée du potentiel lié à l'événement frontocentral environ 200 ms après le début du signal de récompense, négativement corrélée à l'effet différentiel du choix sur l'erreur de prédiction. Ainsi, le choix influence la dynamique neuronale associée au traitement des signaux de récompense pendant l'apprentissage. Les modèles comportementaux, informatiques et neurobiologiques de l'apprentissage récompensé devraient donc tenir compte d'une influence distincte du choix pendant l'apprentissage récompensé.

Timofeev, I., Bajenov, M., Seigneur, J., Sejnowski, T. Synchronisation néocorticale. (2010) Épilepsie. 51(Suppl 5):18. DOI : 10.1111/j.1528-1167.2010.02804.x

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Hill, ES, Moore-Kochlacs, C., Vasireddi, SK, Sejnowski, TJ, Gel, WN Validation de l'analyse des composants indépendants pour le tri rapide des pics des données d'enregistrement optique. (2010) Journal of Neurophysiology. 104(6):3721-3731. DOI : 10.1152/jn.00691.2010

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L'analyse en composantes indépendantes (ACI) est une technique permettant d'extraire les signaux sources d'ensembles de mélanges de signaux dont les sources sont inconnues. L'analyse des enregistrements optiques de réseaux neuronaux d'invertébrés à l'aide de colorants rapides sensibles au voltage pourrait grandement bénéficier de l'ACI. Ces expériences peuvent générer des centaines de traces de voltage contenant des enregistrements redondants et mixtes de potentiels d'action provenant d'un nombre inconnu de neurones. L'ACI peut être utilisée pour convertir des ensembles de données aussi complexes en traces de neurones individuels, mais sa précision n'a jamais été évaluée empiriquement. Nous avons testé ici la précision de l'ACI pour une telle séparation aveugle des sources en réalisant simultanément un enregistrement intracellulaire par électrodes fines et une imagerie par colorant rapide sensible au voltage des neurones situés dans les ganglions centraux de Tritonia diomedea et d'Aplysia californica, à l'aide d'un réseau de photodiodes de 464 éléments. Après avoir appliqué l'ICA aux ensembles de données optiques, nous avons constaté que dans 34 cas sur 34, les potentiels d'action enregistrés intracellulairement correspondaient à 100 % à l'activité de pointe de l'une des composantes indépendantes renvoyées par l'ICA. Nous démontrons également que l'ICA peut trier avec précision les potentiels d'action en traces neuronales individuelles à partir d'une série de fichiers de données optiques obtenus à différents moments à partir de la même préparation, permettant ainsi de surveiller la participation au réseau d'un grand nombre de neurones identifiables individuellement sur plusieurs épisodes d'enregistrement. Notre validation de la précision de l'ICA pour extraire l'activité neuronale de nombreux neurones individuels à partir d'ensembles de données d'enregistrement optique bruités, mixtes et redondants devrait permettre l'utilisation de cette puissante approche d'imagerie à grande échelle pour l'étude des réseaux neuronaux d'invertébrés et de vertébrés appropriés.

Sejnowski, TJ Apprentissage de stratégies optimales dans des environnements complexes. (2010) Actes de l'Académie nationale des sciences des États-Unis d'Amérique. 107(47):20151-2. DOI : 10.1073/pnas.1014954107

Coggan, JS, Prescott, SA, Bartol, TM, Sejnowski, TJ Le déséquilibre des conductances ioniques contribue à divers symptômes de démyélinisation. (2010) Actes de l'Académie nationale des sciences des États-Unis d'Amérique. 107(48):20602-20609. DOI : 10.1073/pnas.1013798107

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Chez les mammifères, la conduction axonale rapide des potentiels d'action repose sur l'isolation myélinique. La démyélinisation peut entraîner des décharges ralenties, bloquées, désynchronisées ou, paradoxalement, excessives, qui sont à l'origine des symptômes observés dans les maladies démyélinisantes. La diversité et le moment de ces symptômes sont mal compris, souvent intermittents et non corrélés à la progression de la maladie. Nous avons modélisé les effets de la démyélinisation (et du remodelage secondaire) sur l'excitabilité axonale intrinsèque à l'aide de modèles de Hodgkin-Huxley et de Morris-Lecar réduit. Les simulations et les analyses ont suggéré une explication simple de l'ampleur des symptômes et ont révélé que le rapport entre la conductance sodium et la conductance de fuite, g(Na)/g(L), agissait comme un commutateur à quatre voies contrôlant les schémas d'excitabilité, notamment la défaillance de la décharge, la transmission d'une décharge unique, la post-décharge et la décharge spontanée. La défaillance se produisait lorsque ce rapport passait sous une valeur seuil. La postdécharge se produisait à un rapport g(Na)/g(L) juste en dessous du seuil de décharge spontanée et nécessitait un courant entrant lent permettant deux états attracteurs stables, l'un correspondant à la quiescence et l'autre à des décharges répétées. Un neurone sujet à la postdécharge pouvait fonctionner normalement à moins d'être commuté vers son état attracteur « pathologique » ; ainsi, bien que la pathologie sous-jacente puisse se développer lentement par des variations continues des conductances membranaires, une variation discontinue de l'excitabilité axonale peut survenir et entraîner des symptômes paroxystiques. Nous concluons que les symptômes positifs toniques et paroxystiques, ainsi que les symptômes négatifs, pourraient résulter de divers degrés de déséquilibre entre g(Na) et g(L) après démyélinisation. La famille KCNK de canaux potassiques g(L) pourrait constituer une cible importante pour de nouveaux médicaments destinés au traitement des symptômes de la démyélinisation.

Tiesinga, PH, Sejnowski, TJ Mécanismes de changement de phase dans les réseaux corticaux et leur rôle dans la communication par cohérence. (2010) Frontières des neurosciences humaines. 4:196. DOI : 10.3389/fnhum.2010.00196

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Nadkarni, S., Bartol, TM, Sejnowski, TJ, Levine, H. Modélisation de la libération vésiculaire au niveau des synapses hippocampiques. (2010) Biologie computationnelle PLOS. 6(11):e1000983. DOI : 10.1371/journal.pcbi.1000983

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Volman, V., Levine, H., Sejnowski, TJ L'inhibition du shunt contrôle la modulation du gain médiée par la libération asynchrone de neurotransmetteurs au début du développement. (2010) Biologie computationnelle PLOS. 6(11):e1000973. DOI : 10.1371/journal.pcbi.1000973

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Sejnowski, TJ Questions-réponses avec Terrence J. Sejnowski. [Interviewé par Prashant Nair]. (2010) Actes de l'Académie nationale des sciences des États-Unis d'Amérique. 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 Modulation dynamique de l'activité de la population locale par la phase rythmique dans le cortex occipital humain lors d'une tâche de recherche visuelle. (2010) Frontières des neurosciences humaines. 4:197. DOI : 10.3389/fnhum.2010.00197

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Hao, J., Lee, TW, Sejnowski, TJ Amélioration de la parole à l'aide de modèles de mélange d'échelles gaussiennes. (2010) Processus de langage vocal audio trans IEEE. 18(6):1127-1136. DOI : 10.1109/TASL.2009.2030012

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Cet article présente une nouvelle approche probabiliste de l'amélioration de la parole. Au lieu d'une relation logarithmique déterministe, nous supposons une relation probabiliste entre les coefficients de fréquence et les log-spectres. Le modèle de parole dans le domaine log-spectral est un modèle de mélange gaussien (GMM). Les coefficients de fréquence obéissent à une gaussienne à moyenne nulle dont la covariance est égale à l'exponentielle des log-spectres. Il en résulte un modèle de mélange gaussien à échelle gaussienne (GSMM) pour le signal de parole dans le domaine fréquentiel, puisque les log-spectres peuvent être considérés comme des facteurs d'échelle. La relation probabiliste entre les coefficients de fréquence et les log-spectres permet de les traiter comme deux variables aléatoires, toutes deux estimées à partir des signaux bruités. La méthode d'espérance-maximisation (EM) a été utilisée pour entraîner le GSMM et l'inférence bayésienne pour calculer la distribution a posteriori du signal. L'inférence exacte de ce modèle probabiliste complet étant difficilement exploitable par les calculs, nous avons développé deux approches pour en améliorer l'efficacité : la méthode de Laplace et une approximation variationnelle. Les méthodes proposées ont été appliquées pour améliorer la parole corrompue par le bruit gaussien et le bruit de forme de la parole (SSN). Pour les deux approximations, les signaux reconstruits à partir des coefficients de fréquence estimés ont fourni un rapport signal sur bruit (SNR) plus élevé, tandis que ceux reconstruits à partir des spectres logarithmiques estimés ont produit un taux d'erreur de reconnaissance de mots plus faible, car les spectres logarithmiques correspondaient mieux aux entrées du dispositif de reconnaissance. Nos algorithmes ont efficacement réduit le SSN, ce que les algorithmes basés sur l'analyse spectrale n'ont pas réussi à supprimer.

Fröhlich, F., Sejnowski, TJ, Bajenov, M. La bistabilité du réseau facilite les transitions spontanées entre les états cérébraux normaux et pathologiques. (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 Le coût métabolique comme principe unificateur régissant la biophysique neuronale. (2010) Actes de l'Académie nationale des sciences des États-Unis d'Amérique. 107(27):12329-34. DOI : 10.1073/pnas.0914886107

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Nelson, JD, McKenzie, CR, Cottrell, GW, Sejnowski, TJ L’expérience compte : l’acquisition d’informations optimise le gain de probabilité. (2010) Psychol Sci. 21(7):960-969. DOI : 10.1177/0956797610372637

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Hao, J., Lee, I., Lee, TW, Sejnowski, TJ Analyse vectorielle indépendante pour la séparation de sources à l'aide d'un mélange de gaussiennes préalables. (2010) Calcul neuronal. 22(6):1646-1673. DOI: 10.1162/neco.2010.11-08-906

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Moldakarimov, S., Bajenov, M., Sejnowski, TJ L’affinement de la représentation peut expliquer l’amorçage perceptif. (2010) Calcul 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 Une comparaison des simulations déterministes et stochastiques des modèles de libération de vésicules 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 synchronisation des entrées thalamocorticales maximise la fiabilité corticale. (2010) Science. 328(5974):106-109. DOI : 10.1126/science.1183108

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Stiefel, KM, Fellous, JM, Thomas, PJ, Sejnowski, TJ Les oscillations sous-liminaires intrinsèques étendent l'influence des entrées synaptiques inhibitrices sur les neurones pyramidaux corticaux. (2010) European Journal of Neuroscience. 31(6):1019-26. DOI: 10.1111/j.1460-9568.2010.07146.x

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Moldakarimov, S., Bajenov, M., Sejnowski, TJ L'amorçage perceptif conduit à une réduction des oscillations de fréquence gamma. (2010) Actes de l'Académie nationale des sciences des États-Unis d'Amérique. 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, Sépulcre, R., Seutin, V. Les canaux de type M contrôlent sélectivement les explosions dans les neurones dopaminergiques du rat. (2010) European Journal of Neuroscience. 31(5):827-835. DOI: 10.1111/j.1460-9568.2010.07107.x

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Peterson, procureur, Sejnowski, TJ, Poizner, H. Preuves convergentes d'une plasticité synaptique striatale anormale dans la dystonie. (2010) Neurobiol. Dis. 37(3):558-73. DOI : 10.1016/j.nbd.2009.12.003

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La dystonie est un trouble du mouvement fonctionnellement invalidant, caractérisé par des mouvements et des postures anormaux. Bien que des progrès substantiels aient été réalisés récemment dans l'identification des facteurs génétiques, la physiopathologie de la maladie demeure un mystère. Une suggestion provocatrice, de plus en plus largement acceptée, est qu'un aspect de la plasticité neuronale pourrait être anormal. Il existe également des preuves que, au moins dans certaines formes de dystonie, l'« utilisation » sensorimotrice pourrait être un facteur contributif. La plupart des preuves empiriques d'une plasticité anormale dans la dystonie proviennent de mesures de l'organisation corticale sensorimotrice et de la physiologie. Cependant, les noyaux gris centraux jouent également un rôle essentiel dans la fonction sensorimotrice. De plus, les noyaux gris centraux sont fortement impliqués dans les modèles traditionnels de dystonie, sont les principales cibles des interventions neurochirurgicales stéréotaxiques et fournissent un substrat neuronal à l'apprentissage sensorimoteur influencé par les neuromodulateurs. Notre hypothèse de travail est qu'une plasticité anormale des noyaux gris centraux constitue un lien essentiel entre l'étiologie et la physiopathologie de la dystonie. Dans cette revue, nous posons le contexte de cette hypothèse en intégrant un large corpus de preuves indirectes disparates indiquant que la dystonie pourrait impliquer des anomalies de la plasticité synaptique du striatum. Après avoir examiné les preuves impliquant le striatum dans la dystonie, nous nous concentrons sur l'influence de deux systèmes neuromodulateurs : la dopamine et l'acétylcholine. Pour ces deux neuromodulateurs, nous décrivons d'abord les preuves d'anomalies dans la dystonie, puis les moyens par lesquels elles pourraient influencer la plasticité synaptique striatale. Collectivement, ces preuves suggèrent que de nombreuses formes différentes de dystonie pourraient impliquer une plasticité anormale du striatum. Une meilleure compréhension de ces processus plastiques altérés contribuerait à éclairer notre compréhension de la physiopathologie de la dystonie et, compte tenu du rôle du striatum dans l'apprentissage sensorimoteur, fournirait une base solide pour la conception de thérapies ciblant les processus dynamiques reliant l'étiologie à la physiopathologie de la maladie.

Sejnowski, TJ Conséquences des courants actifs non uniformes dans les dendrites. (2009) Frontières en neurosciences. 3(3):332-333. DOI : 10.3389/neuro.01.038.2009

Volman, V., Levine, H., Ben-Jacob, E., Sejnowski, TJ Intégration dendritique localement équilibrée par plasticité synaptique à court terme et conductances dendritiques actives. (2009) Journal of Neurophysiology. 102(6):3234-3250. DOI : 10.1152/jn.00260.2009

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Tanaka, H., Sejnowski, TJ, Krakauer, JW Adaptation à la rotation visuomotrice par interaction entre les aires pariétales postérieures et corticales motrices. (2009) Journal of Neurophysiology. 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. L’apprentissage par inversion probabiliste est altéré dans la maladie de Parkinson. (2009) Neuroscience. 163(4):1092-1101. DOI : 10.1016/j.neuroscience.2009.07.033

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Dans de nombreux contextes quotidiens, la relation entre nos choix et leurs résultats potentiellement gratifiants est à la fois probabiliste et dynamique. De plus, la difficulté des choix peut varier considérablement. Bien que de nombreuses données théoriques et empiriques suggèrent que la dopamine médie l'apprentissage récompensé, son influence sur l'apprentissage récompensé probabiliste et dynamique reste floue. Nous avons adapté une tâche d'apprentissage récompensé probabiliste, initialement utilisée pour étudier les taux de décharge des cellules dopaminergiques dans la substance noire compacte des primates [Morris G, Nevet A, Arkadir D, Vaadia E, Bergman H (2006) Midbrain dopamine neurons encode decisions for future action. Nat Neurosci 9:1057-1063], pour l'utiliser comme tâche d'apprentissage par inversion chez l'humain. Nous avons cherché à comprendre comment la déplétion en dopamine dans la maladie de Parkinson (MP) affecte l'apprentissage par récompense probabiliste et l'adaptation à une inversion des contingences de récompense. Au cours de 256 essais, les sujets ont appris à choisir l'image la plus favorable parmi des paires d'images présentant des différences de probabilité de récompense plus ou moins importantes. Lors d'une phase d'inversion ultérieure, identique par ailleurs, les contingences de probabilité de récompense des stimuli ont été inversées. Dix-sept patients atteints de MP de sévérité légère à modérée ont été étudiés sans traitement dopaminergique et comparés à 15 témoins du même âge. Comparés aux témoins, les patients atteints de MP présentaient des déficits distincts avant et après l'inversion, selon la difficulté des choix à apprendre. Les patients présentaient également une adaptabilité à l'inversion compromise. Un modèle informatique des choix des sujets, essai par essai, a démontré que l'adaptabilité était sensible au gain avec lequel les patients pondéraient le feedback avant l'inversion. Collectivement, les résultats impliquent le système dopaminergique nigra dans l'apprentissage des choix dans des environnements avec des contingences de récompense probabilistes et dynamiques.

Behrens, MM, Sejnowski, TJ La schizophrénie résulte-t-elle d’une dysrégulation oxydative des interneurones à parvalbumine dans le cortex en développement ? (2009) Neuropharmacologie. 57(3):193-200. DOI : 10.1016/j.neuropharm.2009.06.002

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Un déséquilibre de l'état redox cérébral pourrait être à l'origine de la physiopathologie sous-jacente de la schizophrénie. Des médiateurs inflammatoires, tels que l'IL-6, capables de faire basculer l'équilibre redox vers un état pro-oxydant, sont régulièrement altérés chez les patients schizophrènes. Cependant, le lien entre l'altération de l'état redox et les altérations des fonctions cérébrales observées dans la maladie reste flou. Des données récentes issues d'un modèle pharmacologique de la schizophrénie suggèrent que les déséquilibres redox et inflammatoires pourraient être directement liés à la physiopathologie de la maladie par des altérations des interneurones à impulsions rapides. L'exposition répétée de l'adulte à la kétamine, un antagoniste du récepteur NMDA, augmente les taux de cytokine pro-inflammatoire interleukine-6 dans le cerveau. Cette augmentation, par l'activation de la NADPH oxydase (Nox2), une enzyme productrice de superoxyde, entraîne la perte du phénotype GABAergique des interneurones PV et une diminution de l'activité inhibitrice dans le cortex préfrontal. Cet effet n'est pas observé après une exposition unique à la kétamine, ce qui suggère que la première exposition à l'antagoniste du récepteur NMDA prépare le cerveau à des effets délétères sur les interneurones PV lors d'expositions répétées. Les effets de l'activation de la voie IL-6/Nox2 sur le système interneuronal PV sont réversibles dans le cerveau adulte, mais permanents dans le cortex en développement. Le lent développement des interneurones PV, bien qu'essentiel au façonnement des circuits neuronaux pendant le développement cérébral postnatal, augmente leur vulnérabilité aux agressions délétères susceptibles d'affecter durablement leur processus de maturation. Ainsi, chez les individus présentant une prédisposition génétique, l’activation persistante de la voie IL-6/Nox2 peut être un facteur environnemental qui fait pencher la balance redox, conduisant à des symptômes de schizophrénie à la fin de l’adolescence et au début de l’âge adulte.

Tiesinga, P., Sejnowski, TJ Illumination corticale : les oscillations gamma attentionnelles sont-elles déterminées par ING ou PING ? (2009) Neuron. 63(6):727-732. DOI : 10.1016/j.neuron.2009.09.009

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Conner, JM, Franks, KM, Titterness, AK, Russell, K., Merrill, DA, Christie, BR, Sejnowski, TJ, Tuszynski, MH Le NGF est essentiel à la plasticité hippocampique et à l’apprentissage. (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. Relier le cerveau, l'esprit et le comportement. (2009) Int J Psychophysiol. 73(2):95-100. DOI : 10.1016/j.ijpsycho.2008.11.008

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Destexhe, A., Sejnowski, TJ Le modèle Wilson-Cowan, 36 ans plus tard. (2009) Biol Cybern. 101(1):1-2. DOI: 10.1007/s00422-009-0328-3

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Meltzoff, AN, Kuhl, PK, Movellan, J., Sejnowski, TJ Fondements d’une nouvelle science de l’apprentissage. (2009) Science. 325(5938):284-288. DOI : 10.1126/science.1175626

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Stiefel, KM, Gutkin, BS, Sejnowski, TJ Les effets de la neuromodulation cholinergique sur les courbes de réponse de phase neuronale des neurones corticaux modélisés. (2009) Journal des neurosciences computationnelles. 26(2):289-301. DOI: 10.1007/s10827-008-0111-9

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Schwartz, O., Sejnowski, TJ, Dayan, P. Organisation perceptive dans l'illusion d'inclinaison. (2009) Journal de la Vision. 9(4):19.1-20. DOI : 10.1167/9.4.19

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Bajenov, M., Timofeev, I., Fröhlich, F., Sejnowski, TJ Mécanismes cellulaires et réseautiques des crises électrographiques. (2009) Drug Disov Today Dis Models. 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 Amélioration de la parole, gain et adaptation du spectre de bruit à l'aide d'une estimation bayésienne approximative. (2009) Processus de langage vocal audio trans IEEE. 17(1):24-37. DOI : 10.1109/TASL.2008.2005342

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Stiefel, KM, Gutkin, BS, Sejnowski, TJ La neuromodulation cholinergique modifie la forme et le type de la courbe de réponse de phase dans les neurones pyramidaux corticaux. (2008) PLOS One. 3(12):e3947. DOI : 10.1371/journal.pone.0003947

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Prescott, SA, Sejnowski, TJ Le codage à taux de pointe et le codage à temps de pointe sont affectés de manière opposée par différents mécanismes d'adaptation. (2008) Journal of Neuroscience. 28(50):13649-13661. DOI: 10.1523/JNEUROSCI.1792-08.2008

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L'adaptation à la fréquence des pics entraîne une réduction des pics lors d'une stimulation prolongée, mais son impact sur le codage neuronal est bien plus complexe, notamment si l'on prend en compte la diversité des mécanismes biophysiques qui l'influencent et les différentes manières dont l'information neuronale peut être codée. Nous démontrons ici que l'adaptation a des effets opposés selon la stratégie de codage neuronal et le mécanisme biophysique responsable de l'adaptation. Dans des conditions de bruit, le courant K(+) activé par le calcium (I(AHP)) améliore l'efficacité du codage du taux de pics au détriment du codage du temps de pics en régularisant le train de pics induit par des entrées lentes ou constantes ; la puissance du bruit augmente à hautes fréquences mais diminue à basses fréquences, ce qui concorde avec la mise en forme du bruit qui améliore le codage des signaux basse fréquence. En revanche, le courant K(+) de type M activé par la tension (I(M)) améliore le codage du temps de pics au détriment du codage du taux de pics en empêchant le neurone de produire des pics répétitifs sur des entrées lentes, ce qui lui permet de générer des pics isolés et bien synchronisés en réponse à des entrées rapides. Grâce à l'analyse des systèmes dynamiques, nous démontrons comment I(AHP) minimise la perturbation de l'intervalle inter-pics causée par le bruit haute fréquence, tandis que I(M) minimise la perturbation de la précision temporelle des pics causée par des pics répétitifs. Les résultats dichotomiques sont directement liés aux exigences d'activation distinctes pour I(AHP) et I(M), qui déterminent à leur tour si ces courants transmettent une rétroaction négative sur les pics ou le potentiel de membrane. Ainsi, en fonction de leurs propriétés d'activation distinctes, I(AHP) met en œuvre une mise en forme du bruit qui améliore le codage du taux de pics des signaux basse fréquence, tandis que I(M) met en œuvre un filtrage passe-haut qui améliore le codage du temps de pics des signaux haute fréquence.

Prescott, SA, Ratté, S., De Koninck, Y., Sejnowski, TJ Les neurones pyramidaux passent du statut d'intégrateurs in vitro à celui de résonateurs dans des conditions similaires à celles in vivo. (2008) Journal of Neurophysiology. 100(6):3030-42. DOI : 10.1152/jn.90634.2008

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À l'état de veille, les neurones pyramidaux du cerveau intact sont bombardés d'informations synaptiques qui provoquent une dépolarisation tonique, une augmentation de la conductance membranaire (c.-à-d. un shunt) et des fluctuations bruyantes du potentiel membranaire. En comparaison, les neurones pyramidaux des coupes aiguës ne reçoivent généralement que peu d'informations de fond. De telles différences de conditions de fonctionnement peuvent compromettre l'extrapolation des données in vitro pour expliquer le fonctionnement neuronal in vivo. Par exemple, des expériences in vitro ont identifié les neurones pyramidaux comme des intégrateurs (c.-à-d. des neurones de classe 1 selon la classification de Hodgkin de l'excitabilité intrinsèque). Cependant, cette classification est incompatible avec la capacité des neurones pyramidaux hippocampiques à osciller/résonner à la fréquence thêta, le comportement oscillatoire intrinsèque étant limité aux neurones de classe 2. En utilisant de longs stimuli dépolarisants et un clamp dynamique pour reproduire des conditions similaires à celles observées in vivo dans des expériences sur coupes, nous montrons que les cellules pyramidales hippocampiques CA1 passent d'intégrateurs à résonateurs, c'est-à-dire d'excitabilité de classe 1 à 2. Ce changement s'explique par l'augmentation du courant sortant apporté par le courant potassique de type M I(M), qui modifie l'équilibre des courants entrants et sortants actifs aux potentiels périliminaires et convertit ainsi le mécanisme d'initiation des pointes, comme le prédit l'analyse dynamique de notre modèle informatique. L'activation périliminaire de I(M) est renforcée par le décalage dépolarisant du seuil de pointe causé par le shuntage et/ou l'inactivation des canaux sodiques secondaire à la dépolarisation tonique. Nos conclusions ont été validées par de multiples comparaisons entre simulation et données expérimentales. Ainsi, même les propriétés dites « intrinsèques » peuvent différer qualitativement entre les conditions in vitro et in vivo.

Fröhlich, F., Bajenov, M., Iragui-Madoz, V., Sejnowski, TJ Dynamique du potassium dans le cortex épileptique : nouvelles perspectives sur un sujet ancien. (2008) Le neuroscientifique. 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, Stiles, JR METHODES DE SIMULATION MONTE CARLO RAPIDES POUR SYSTEMES DE REACTION-DIFFUSION BIOLOGIQUES EN SOLUTION ET SUR SURFACES. (2008) Journal SIAM sur le calcul scientifique. 30(6):3126. DOI : 10.1137/070692017

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Prescott, SA, De Koninck, Y., Sejnowski, TJ Base biophysique de trois mécanismes dynamiques distincts d'initiation du potentiel d'action. (2008) Biologie computationnelle PLOS. 4(10):e1000198. DOI : 10.1371/journal.pcbi.1000198

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La transduction d'entrées synaptiques graduées en trains de potentiels d'action tout ou rien (pointes) est une étape cruciale du codage neuronal. Hodgkin a identifié trois classes de neurones présentant des propriétés de transduction analogique-numérique qualitativement différentes. Malgré l'utilisation répandue de ce système de classification, aucune explication généralisable de ses bases biophysiques n'a été décrite. Nous avons enregistré des neurones sensoriels spinaux représentant chaque classe et reproduit leurs propriétés de transduction dans un modèle minimal. Grâce à l'analyse du plan de phase et de la bifurcation, il a été démontré que chaque classe d'excitabilité dérive de dynamiques distinctes d'initiation des pointes. L'excitabilité pouvait être convertie entre les trois classes en faisant varier des paramètres individuels ; de plus, plusieurs paramètres, lorsqu'ils étaient modifiés individuellement, avaient des effets fonctionnellement équivalents sur l'excitabilité. Nous en concluons que les dynamiques d'initiation des pointes associées à chacune des classes de Hodgkin représentent des résultats différents dans une compétition non linéaire entre des courants de sens opposé et cinétiquement incompatibles. L'excitabilité de classe 1 se produit via un nœud en selle sur une bifurcation circulaire invariante lorsque le courant net aux potentiels périliminaires est entrant (dépolarisant) à l'état stationnaire. L'excitabilité de classe 2 se produit via une bifurcation de Hopf lorsque, malgré un courant net sortant (hyperpolarisant) à l'état stationnaire, l'initiation des pointes se produit car le courant entrant s'active plus rapidement que le courant sortant. L'excitabilité de classe 3 se produit via un croisement quasi-séparateur lorsqu'un courant entrant à activation rapide surpasse le courant sortant à activation lente lors d'un transitoire de stimulation, bien que le courant sortant à activation lente domine lors d'une stimulation constante. Les expériences ont confirmé que différentes classes de neurones de la lame spinale I expriment les courants sous-liminaires prédits par nos simulations et, de plus, que ces courants sont nécessaires à l'excitabilité de chaque classe cellulaire. Ainsi, nos résultats démontrent que les trois classes d'excitabilité découlent d'un continuum dans la direction et l'amplitude des courants sous-liminaires. Grâce à une analyse détaillée du processus d’initiation des pics, nous avons expliqué un lien fondamental entre les propriétés biophysiques et les différences qualitatives dans la façon dont les neurones codent les entrées sensorielles.

Lopreore, CL, Bartol, TM, Coggan, JS, Keller, DX, Sosinsky, GE, Ellisman, MH, Sejnowski, TJ Modélisation computationnelle de l'électrodiffusion tridimensionnelle dans les systèmes biologiques : application au nœud de Ranvier. (2008) Journal biophysique. 95(6):2624-2635. DOI : 10.1529/biophysj.108.132167

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Bas, PS, Tige, SS, Sejnowski, TJ, Margoliash, D. Caractéristiques de la structure du sommeil chez les diamants mandarins, semblables à celles des mammifères. (2008) Actes de l'Académie nationale des sciences des États-Unis d'Amérique. 105(26):9081-9086. DOI : 10.1073/pnas.0703452105

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Keller, DX, Franks, KM, Bartol, TM, Sejnowski, TJ Activation de la calmoduline par des transitoires calciques dans la densité postsynaptique des épines dendritiques. (2008) PLOS One. 3(4):e2045. DOI : 10.1371/journal.pone.0002045

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Finelli, LA, Haney, S., Bazhenov, M., Stopfer, M., Sejnowski, TJ Règles d'apprentissage synaptique et codage clairsemé dans un système sensoriel modèle. (2008) Biologie computationnelle PLOS. 4(4):e1000062. DOI : 10.1371/journal.pcbi.1000062

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Les circuits neuronaux exploitent de nombreuses stratégies pour coder l'information. Bien que la signification fonctionnelle de chaque mécanisme de codage ait été étudiée, les mécanismes d'interaction et d'intégration de ces mécanismes restent mal compris. Le système olfactif du criquet, dans lequel des trains de pointes denses et transitoirement synchronisés à travers des ensembles de neurones du lobe de l'antenne (LA) sont transformés en une représentation clairsemée dans le corps du champignon (MB ; une région associée à la mémoire), constitue une préparation bien étudiée pour étudier l'interaction de multiples mécanismes de codage. Des enregistrements réalisés in vivo à partir du MB de l'insecte ont montré des réponses très spécifiques aux odeurs dans les cellules de Kenyon (KC). Typiquement, seules quelques KC de la population de neurones enregistrée répondaient de manière fiable à la présentation d'une odeur spécifique. Différentes odeurs induisaient des réponses dans différentes KC. Ici, nous avons exploré, à l'aide d'un modèle biologiquement plausible, la possibilité qu'une forme de plasticité puisse contrôler et ajuster le poids synaptique des entrées dans le corps du champignon afin de garantir la spécificité des réponses des KC aux odeurs familières ou significatives. Nous avons constaté que la plasticité au niveau des synapses entre l'AL et le MB régulait efficacement le réglage délicat nécessaire au filtrage sélectif de l'intensité oscillatoire de l'AL et à sa condensation en une représentation clairsemée dans le MB. La plasticité dépendante de l'activité a induit la spécificité, la fiabilité et la persistance attendue des représentations olfactives, suggérant un rôle de la plasticité dans le traitement de l'information et permettant une prédiction testable de la plasticité synaptique au niveau des synapses AL-MB.

Fröhlich, F., Bajenov, M., Sejnowski, TJ Effet pathologique de la mise à l'échelle synaptique homéostatique sur la dynamique du réseau dans les maladies du cortex. (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 Modèle d'ondes progressives dans un réseau nerveux corallien. (2008) J. Comp. Physiol. A Neuroethol. Sens. Neural. Behav. Physiol. 194(2):195-200. DOI: 10.1007/s00359-007-0305-z

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Tiesinga, P., Fellous, JM, Sejnowski, TJ Régulation de la synchronisation des pics dans les circuits corticaux visuels. (2008) Examens de la nature Neuroscience. 9(2):97-107. DOI : 10.1038/nrn2315

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Englitz, B., Stiefel, KM, Sejnowski, TJ Déclenchement irrégulier d'interneurones corticaux isolés in vitro, entraîné par des mécanismes stochastiques intrinsèques. (2008) Calcul neuronal. 20(1):44-64. DOI : 10.1162/neco.2008.20.1.44

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Vucinić, D., Sejnowski, TJ Un système d'imagerie 3D multiphotonique compact pour l'enregistrement de l'activité neuronale rapide. (2007) PLOS One. 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 comme indicateur de calcium à petite molécule génétiquement ciblé. (2007) Nature Chimie Biologie. 3(7):423-31. DOI : 10.1038/nchembio.2007.4

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Stiefel, KM, Sejnowski, TJ Cartographie de la fonction sur la morphologie neuronale. (2007) Journal of Neurophysiology. 98(1):513-26. DOI : 10.1152/jn.00865.2006

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Wachtler, T., Doi, E., Lee, T., Sejnowski, TJ Sélectivité des cônes dérivée des réponses de la mosaïque des cônes rétiniens aux scènes naturelles. (2007) Journal de la Vision. 7(8):6. DOI : 10.1167/7.8.6

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Mishra, J., Martinez, A., Sejnowski, TJ, Hillyard, SA Les interactions intermodales précoces dans le cortex auditif et visuel sous-tendent une illusion visuelle induite par le son. (2007) Journal of Neuroscience. 27(15):4120-4131. DOI: 10.1523/JNEUROSCI.4912-06.2007

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Eagleman, DM, Sejnowski, TJ Les signaux de mouvement biaisent les jugements de localisation : une explication unifiée des illusions de flash-lag, de flash-drag, de flash-jump et de Frohlich. (2007) Journal de la Vision. 7(4):3. DOI : 10.1167/7.4.3

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Delorme, A., Sejnowski, T., Makeig, S. Détection améliorée des artefacts dans les données EEG à l'aide de statistiques d'ordre supérieur et d'une analyse des composants indépendants. (2007) Neuroimage. 34(4):1443-1449. DOI : 10.1016/j.neuroimage.2006.11.004

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La détection des artefacts produits dans les données EEG par l'activité musculaire, les clignements des yeux et le bruit électrique est un problème courant et important en recherche EEG. Il est désormais largement admis que l'analyse en composantes indépendantes (ACI) peut être un outil utile pour isoler les artefacts et/ou les processus corticaux des données électroencéphalographiques (EEG). Nous présentons les résultats de simulations démontrant que la décomposition de l'ACI, testée ici à l'aide de trois algorithmes d'ACI populaires, Infomax, SOBI et FastICA, permet une détection automatisée plus sensible des petits artefacts non cérébraux que l'application directe de ces mêmes méthodes de détection aux données du canal du cuir chevelu. Nous avons testé la limite supérieure de performance de cinq méthodes de détection de différents types d'artefacts en les optimisant séparément, puis en les appliquant à des données EEG sans artefacts, auxquelles nous avions ajouté des artefacts simulés de différents types, dont la taille variait de trente fois plus petite (-50 dB) à la taille des données EEG elles-mêmes (0 dB). Parmi les méthodes testées, celles impliquant le seuillage spectral étaient les plus sensibles. À l'exception de la détection des artefacts musculaires, où nous n'avons constaté aucun gain lié à l'utilisation de l'ICA, toutes les méthodes se sont révélées plus sensibles appliquées aux données décomposées par l'ICA qu'aux données brutes du cuir chevelu : la performance moyenne de l'ICA était supérieure et se situait à environ deux écarts types de la distribution de performance obtenue sur les données brutes. Il est à noter que la décomposition par l'ICA permet également de soustraire simplement les artefacts représentés par des composantes indépendantes, et/ou d'examiner séparément et directement les processus décomposés non artéfactuels eux-mêmes.

Siegel, RM, Duann, JR, Jung, TP, Sejnowski, T. Dynamique spatio-temporelle de l'architecture fonctionnelle des champs de gain dans le lobule pariétal inférieur du singe en comportement. (2007) Cortex cérébral. 17(2):378-390. DOI : 10.1093/cercor/bhj155

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Schwartz, O., Sejnowski, TJ, Dayan, P. Affectation de mélangeur doux dans un modèle génératif hiérarchique de statistiques de scènes naturelles. (2006) Calcul neuronal. 18(11):2680-718. DOI : 10.1162/neco.2006.18.11.2680

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Mishra, J., Fellous, JM, Sejnowski, TJ Attention sélective à travers la relation de phase de la synchronie des entrées excitatrices et inhibitrices dans un neurone cortical modèle. (2006) Les réseaux de neurones. 19(9):1329-1346. DOI : 10.1016/j.neunet.2006.08.005

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Les neurones des zones V2 et V4 présentent une adaptation spécifique aux stimuli uniques et répondent à des fréquences de décharge intermédiaires lorsqu'ils sont confrontés à deux stimuli différentiellement préférés (« réponse par paire »). L'attention sélective à l'un des deux stimuli entraîne un déplacement de la fréquence de décharge du neurone de la réponse par paire intermédiaire vers la réponse au stimulus suivi, comme s'il était présenté seul. L'attention à des stimuli uniques réduit le seuil de réponse du neurone et augmente la synchronisation des pics aux fréquences gamma. Les mécanismes intrinsèques et de réseau sous-jacents à ces phénomènes ont été étudiés dans un modèle biophysique multicompartimenté d'un neurone V4 de chat reconstruit. La préférence différentielle pour les stimuli a été générée par un rapport plus élevé de synapses excitatrices à inhibitrices projetées à partir de l'une des deux populations V2 d'entrée. La dynamique de l'inhibition par anticipation et de la dépression synaptique a été essentielle à la génération de la réponse par paire intermédiaire. Les effets du gain neuronal ont été simulés à l'aide de corrélations de la gamme de fréquences gamma dans les entrées excitatrices et inhibitrices par anticipation du neurone V4. Pour les présentations de stimulus préférentiels uniques, les corrélations au sein de la population inhibitrice, déphasées par rapport à celles de l'entrée excitatrice, ont significativement réduit le seuil de réponse du neurone V4. La réponse appariée aux populations V2, préférentielles et non préférentielles, simultanément actives, pourrait également subir une augmentation ou une diminution de gain par le même mécanisme, où les corrélations de l'inhibition par anticipation sont déphasées par rapport aux corrélations de la bande gamma de l'entrée excitatrice correspondant au stimulus suivi. Les résultats de ce modèle prédisent que l'attention descendante pourrait biaiser la réponse du neurone V4 par un mécanisme de déphasage de corrélation inhibitrice.

Prescott, SA, Sejnowski, TJ, De Koninck, Y. La réduction du potentiel d'inversion des anions subvertit le contrôle inhibiteur du taux de déclenchement dans les neurones de la lame spinale I : vers une base biophysique pour la douleur neuropathique. (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 L'interaction non linéaire entre le shuntage et l'adaptation contrôle un commutateur entre l'intégration et la détection de coïncidence dans les neurones pyramidaux. (2006) Journal of Neuroscience. 26(36):9084-97. DOI: 10.1523/JNEUROSCI.1388-06.2006

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La conductance membranaire d'un neurone pyramidal in vivo est considérablement augmentée par l'entrée synaptique de fond. L'augmentation de la conductance membranaire, ou shunting, ne réduit pas simplement l'excitabilité neuronale. Des enregistrements de neurones pyramidaux hippocampiques utilisant une pince dynamique ont révélé que l'adaptation provoquait un arrêt complet des décharges à l'état de conductance élevée, tandis que des décharges répétitives pouvaient persister malgré l'adaptation à l'état de conductance faible. Ce comportement a été reproduit dans un modèle de plan de phase et s'explique par une augmentation du seuil de tension induite par le shunting. L'augmentation du seuil permet une activation accrue du courant M (I(M)) à des potentiels sous-seuil et réduit l'adaptation minimale requise pour stabiliser le système ; en revanche, l'activation du courant de post-hyperpolarisation n'est pas affectée par l'augmentation du seuil et reste donc incapable d'arrêter les décharges répétitives. L'interaction non linéaire entre le shunting et I(M) a d'autres conséquences importantes. Premièrement, la synchronisation des pics provoqués par de brefs stimuli est plus précise lorsque les pics de fond provoqués par une entrée soutenue sont interdits, comme c'est le cas exclusivement avec l'adaptation médiée par I(M) dans l'état de haute conductance. Deuxièmement, l'activation de I(M) à des potentiels sous-liminaires, qui est augmentée dans l'état de haute conductance, hyperpolarise le potentiel membranaire moyen en l'éloignant du seuil de tension, ne permettant qu'à de fortes fluctuations rapides d'atteindre le seuil et de provoquer des pics. Ces résultats suggèrent que le passage d'un état de faible à haute conductance dans un neurone pyramidal s'accompagne d'un passage du codage d'entrées moyennées dans le temps avec fréquence de décharge au codage d'entrées transitoires avec des pics précisément synchronisés, ce qui fait passer le mode opérationnel de l'intégration à la détection de coïncidences.

Vucinić, D., Bartol, TM, Sejnowski, TJ Objectifs réfléchissants hybrides pour la microscopie multiphotonique fonctionnelle en milieux troubles. (2006) Lettre optionnelle 31 (16): 2447-2449.

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Anemüller, J., Duann, JR, Sejnowski, TJ, Makeig, S. Dynamique spatio-temporelle dans les enregistrements IRMf révélée par une analyse complexe des composants indépendants. (2006) Neuroinformatique. 69(13-15):1502-1512. DOI: 10.1016/j.neucom.2005.12.029

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Fröhlich, F., Bajenov, M., Timofeev, I., Steriade, M., Sejnowski, TJ Transitions d'état lentes d'oscillations neuronales soutenues par modulation dépendante de l'activité de l'excitabilité intrinsèque. (2006) Journal of Neuroscience. 26(23):6153-6162. DOI: 10.1523/JNEUROSCI.5509-05.2006

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Sejnowski, TJ, Paulsen, O. Oscillations du réseau : principes informatiques émergents. (2006) Journal of Neuroscience. 26(6):1673-6. DOI: 10.1523/JNEUROSCI.3737-05d.2006

Paulsen, O., Sejnowski, TJ De l'olfaction des invertébrés à la cognition humaine : fonctions informatiques émergentes de l'activité oscillatoire synchronisée. (2006) Journal of Neuroscience. 26(6):1661-1662. DOI: 10.1523/JNEUROSCI.3737-05a.2006

Kerr, RA, Levine, H., Sejnowski, TJ, Rappel, WJ Précision de division dans un modèle stochastique d'oscillations Min chez Escherichia coli. (2006) Actes de l'Académie nationale des sciences des États-Unis d'Amérique. 103(2):347-352. DOI : 10.1073/pnas.0505825102

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Sample, PA, Boden, C., Zhang, Z., Pascual, J., Lee, TW, Zangwill, LM, Weinreb, RN, Crowston, JG, Hoffmann, EM, Medeiros, FA, Sejnowski, T., Goldbaum, M. Apprentissage automatique non supervisé avec analyse de composants indépendants pour identifier les zones de progression dans les champs visuels glaucomateux. (2005) Ophtalmologie d'investigation et sciences visuelles. 46(10):3684-3692. DOI: 10.1167/iovs.04-1168

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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, infirmière autorisée Utilisation de l’apprentissage non supervisé avec analyse des composants indépendants pour identifier les modèles de défauts du champ visuel glaucomateux. (2005) Ophtalmologie d'investigation et sciences visuelles. 46(10):3676-3683. DOI: 10.1167/iovs.04-1167

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Gillette, MU, Sejnowski, TJ Physiologie. Les horloges biologiques coordonnent la vie. (2005) Science. 309(5738):1196-1198. DOI : 10.1126/science.1111420

Prank, K., Schulze, E., Eckert, O., Nattkemper, T.W., Bettendorf, M., Maser-Gluth, C., Sejnowski, TJ, Grote, A., Penner, E., von Zur Mühlen, A., Brabant, G. Approches d'apprentissage automatique pour la cartographie phénotype-génotype : prédiction des mutations hétérozygotes dans le gène CYP21B à partir des profils stéroïdiens. (2005) EUR. J. Endocrinol. 153(2):301-305. DOI : 10.1530/eje.1.01957

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Coggan, JS, Bartol, TM, Esquenazi, E., Stiles, JR, Lamont, S., Martone, ME, Berg, DK, Ellisman, MH, Sejnowski, TJ Preuve de neurotransmission ectopique au niveau d'une synapse neuronale. (2005) Science. 309(5733):446-451. DOI : 10.1126/science.1108239

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Fröhlich, F., Bajenov, M., Timofeev, I., Sejnowski, TJ Maintien et terminaison des oscillations néocorticales par modulation dynamique de l'excitabilité intrinsèque et synaptique. (2005) Système de relations thalamo-alvéolaires 3(2):147-156. DOI : 10.1017/S147292880700015

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Houweling, AR, Bajenov, M., Timofeev, I., Steriade, M., Sejnowski, TJ La plasticité synaptique homéostatique peut expliquer l'épileptogenèse post-traumatique dans le néocortex chroniquement isolé. (2005) Cortex cérébral. 15(6):834-845. DOI : 10.1093/cercor/bhh184

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Bajenov, M., Stopfer, M., Sejnowski, TJ, Laurent, G. L'apprentissage rapide des odeurs améliore la fiabilité des réponses olfactives dans le lobe antennaire du criquet. (2005) Neuron. 46(3):483-492. DOI : 10.1016/j.neuron.2005.03.022

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Duann, JR, Jung, TP, Makeig, S., Sejnowski, T. Les décompositions répétées révèlent la stabilité de la décomposition infomax des données IRMf. (2005) Conf Proc IEEE Eng Med Biol Soc. 5:5324-5327. DOI : 10.1109/IEMBS.2005.1615683

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Bowd, C., Medeiros, FA, Zhang, Z., Zangwill, LM, Hao, J., Lee, TW, Sejnowski, TJ, Weinreb, infirmière autorisée, Goldbaum, MH Analyse par machine à vecteurs de pertinence et par classificateur de machine à vecteurs de support des mesures de la couche de fibres nerveuses rétiniennes par polarimétrie laser à balayage. (2005) Ophtalmologie d'investigation et sciences visuelles. 46(4):1322-1329. DOI: 10.1167/iovs.04-1122

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Lehky, SR, Sejnowski, TJ, Desimone, R. Sélectivité et rareté dans les réponses des cellules complexes striées. (2005) Recherche sur la vision. 45(1):57-73. DOI : 10.1016/j.visres.2004.07.021

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Fuentealba, P., Timofeev, I., Bajenov, M., Sejnowski, TJ, Stériade, M. Bistabilité membranaire dans les neurones réticulaires thalamiques lors des oscillations du fuseau. (2005) Journal of Neurophysiology. 93(1):294-304. DOI : 10.1152/jn.00552.2004

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Le noyau réticulaire thalamique (RE) est une source majeure d'inhibition dans le thalamus. Il joue un rôle crucial dans la régulation de l'excitabilité des réseaux thalamocorticaux et dans la génération de certains rythmes du sommeil. Des enregistrements intracellulaires en current-clamp de neurones RE chez des chats sous anesthésie barbiturique ont révélé la présence d'une bistabilité membranaire chez environ 20 % des neurones. Cette bistabilité consistait en deux potentiels membranaires alternés, séparés d'environ 17 à 20 mV. Alors que les neurones RE non bistables (communs) déclenchaient des pics-salves rythmiques pendant les fuseaux, les neurones RE bistables déclenchaient de manière tonique, avec une modulation des salves, tout au long des séquences de fuseaux. La bistabilité était fortement voltage-dépendante et ne s'exprimait qu'au repos (c'est-à-dire sans injection de courant). La transition de l'état silencieux à l'état actif était un événement régénératif qui pouvait être activé par une brève dépolarisation, tandis que de brèves hyperpolarisations pouvaient faire passer le potentiel membranaire de l'état actif à l'état silencieux. Ces effets persistaient plus longtemps que les impulsions de courant. La stimulation corticothalamique pourrait également faire passer le potentiel membranaire d'un état silencieux à un état actif. L'ajout de QX-314 dans la micropipette d'enregistrement a supprimé ou perturbé la bistabilité membranaire, suggérant que l'I(Na(p)) serait responsable de sa génération. Les cellules thalamocorticales présentaient divers schémas de fuseaux qui reflétaient la bistabilité membranaire des neurones RE. Enfin, des données expérimentales et des simulations informatiques ont prédit un rôle de la bistabilité membranaire des neurones RE dans l'induction de divers schémas de fuseaux dans les cellules thalamocorticales cibles. Nous concluons que la bistabilité membranaire des neurones RE est une propriété intrinsèque, probablement générée par l'I(Na(p)) et modulée par des influences corticales, ainsi qu'un facteur qui détermine différents schémas de rythmes fuseaux dans les neurones thalamocorticaux.

Sejnowski, TJ À la mémoire de : Francis HC Crick. (2004) Neuron. 43(5):619-621. DOI : 10.1016/j.neuron.2004.08.022

Zangwill, LM, Chan, K., Bowd, C., Hao, J., Lee, TW, Weinreb, RN, Sejnowski, TJ, Goldbaum, MH Mesures de la rétine par tomographie Heidelberg du disque optique et de la rétine parapapillaire pour la détection du glaucome analysées par des classificateurs d'apprentissage automatique. (2004) Ophtalmologie d'investigation et sciences visuelles. 45(9):3144-3151. DOI: 10.1167/iovs.04-0202

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Bajenov, M., Timofeev, I., Steriade, M., Sejnowski, TJ Modèle de potassium pour les oscillations paroxystiques néocorticales lentes (2-3 Hz) in vivo. (2004) Journal of Neurophysiology. 92(2):1116-1132. DOI : 10.1152/jn.00529.2003

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Lors des oscillations paroxystiques lentes du néocortex, les enveloppes dépolarisantes et hyperpolarisantes des neurones néocorticaux sont plus importantes que celles du sommeil lent. Une synchronie locale accrue des oscillations du potentiel de membrane pendant les crises se traduit par des oscillations électroencéphalographiques plus importantes et l'apparition d'un recrutement complexe pointes-ondes ou polypointes à des fréquences de 2 à 3 Hz. Les mécanismes oscillatoires sous-jacents à cette activité paroxystique ont été étudiés dans des modèles informatiques de réseaux corticaux. La concentration extracellulaire de K(+) ([K(+)](o)) a été calculée en continu sur la base des courants K(+) neuronaux et des pompes K(+) ainsi que de la mémoire tampon gliale. Une augmentation de [K(+)](o) a déclenché une transition des oscillations normales de type éveil à une activité de type crise à 2 à 3 Hz. Dans ce mode, les cellules ont déclenché des salves périodiques et les neurones voisins ont oscillé de manière hautement synchrone ; dans certaines cellules, la dépolarisation a entraîné une inactivation des pointes durant 50 à 100 ms. Français Une augmentation de [K(+)](o), suffisante pour produire des oscillations, pourrait résulter d'une décharge excessive (par exemple, induite par une stimulation externe) ou d'une incapacité du système de régulation de K(+) (par exemple, lorsque la mise en mémoire tampon gliale était bloquée). Une combinaison de courants comprenant du Ca(2+) à seuil élevé, du Na(+) persistant et des courants dépolarisants activés par hyperpolarisation (I(h)) était suffisante pour maintenir une activité de 2 à 3 Hz. Dans un modèle de réseau qui incluait la diffusion latérale de K(+) entre les cellules, l'augmentation de [K(+)](o) dans une petite région était généralement suffisante pour maintenir des oscillations paroxystiques dans l'ensemble du réseau. Des changements lents de [K(+)](o) modulaient la fréquence des salves et, dans certains cas, conduisaient à des oscillations rapides dans la gamme de fréquences de 10 à 15 Hz, similaires aux courses rapides observées pendant les crises in vivo. Ces résultats suggèrent que les modifications des courants intrinsèques médiées par l'augmentation de [K(+)](o) peuvent expliquer l'amplitude des oscillations paroxystiques néocorticales in vivo.

Sample, PA, Chan, K., Boden, C., Lee, TW, Blumenthal, EZ, Weinreb, RN, Bernd, A., Pascual, J., Hao, J., Sejnowski, T., Goldbaum, MH Utilisation de l'apprentissage non supervisé avec un mélange bayésien variationnel d'analyse factorielle pour identifier les modèles de défauts du champ visuel glaucomateux. (2004) Ophtalmologie d'investigation et sciences visuelles. 45(8):2596-2605. DOI: 10.1167/iovs.03-0343

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Shon, AP, Rao, RP, Sejnowski, TJ Détection et prédiction de mouvement grâce à la plasticité dépendante du temps de pointe. (2004) Réseau. 15 (3): 179-198.

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Tiesinga, PH, Fellous, JM, Salinas, E., José, JV, Sejnowski, TJ La synchronie inhibitrice comme mécanisme de modulation du gain attentionnel. (2004) Journal de Physiologie, Paris. 98(4-6):296-314. DOI: 10.1016/j.jphysparis.2005.09.002

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Des enregistrements de l'aire V4 de singes ont révélé que lorsque l'attention se porte sur un stimulus visuel dans le champ récepteur d'un neurone cortical, deux changements distincts peuvent se produire : la fréquence de décharge du neurone peut changer et il peut y avoir une augmentation de la cohérence entre les pointes et le potentiel de champ local (LFP) dans la gamme de fréquences gamma (30-50 Hz). L'hypothèse explorée ici est que ces effets observés de l'attention pourraient être une conséquence de modifications de la synchronie des réseaux d'interneurones locaux. Nous avons réalisé des simulations informatiques d'un neurone de type Hodgkin-Huxley piloté par un courant dépolarisant constant, I, représentant la stimulation visuelle et une entrée inhibitrice modulatrice représentant les effets de l'attention via les réseaux d'interneurones locaux. Nous avons observé que la fréquence de décharge du neurone et la cohérence de son train de pointes de sortie avec les entrées synaptiques étaient modulées par le degré de synchronie des entrées inhibitrices. Lorsque la synchronie inhibitrice augmentait, la cohérence des neurones modèles à décharge avec l'entrée synaptique augmentait, mais la fréquence de décharge augmentait ou restait la même. Le nombre moyen d'entrées inhibitrices synchrones était un déterminant clé de la forme des courbes fréquence de décharge en fonction du courant (fI). Pour un grand nombre d'entrées inhibitrices (environ 50), la courbe fI était saturée pour une valeur I élevée et une augmentation de la synchronie d'entrée entraînait un décalage de sensibilité : le neurone modèle répondait à des entrées I plus faibles. Pour un petit nombre (environ 10), les courbes fI n'étaient pas saturées et une augmentation de la synchronie d'entrée entraînait une augmentation du gain de la réponse : la fréquence de décharge en réponse à la même entrée était multipliée par un facteur approximativement constant. La modulation de la fréquence de décharge avec synchronie inhibitrice était maximale lorsque le réseau d'entrée oscillait dans la gamme de fréquences gamma. Ainsi, les changements observés dans la fréquence de déclenchement et la cohérence des neurones dans le cortex visuel pourraient être contrôlés par des entrées descendantes qui régulent la cohérence dans l'activité d'un réseau inhibiteur local se déchargeant à des fréquences gamma.

Fuentealba, P., Crochet, S., Timofeev, I., Bajenov, M., Sejnowski, TJ, Stériade, M. Des preuves expérimentales et des études de modélisation soutiennent un rôle de synchronisation du couplage électrique dans les neurones réticulaires thalamiques du chat in vivo. (2004) European Journal of Neuroscience. 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, Sample, PA, Crowston, JG, Weinreb, RN Classificateurs d'ophtalmoscopie laser à balayage confocal et évaluation de stéréophotographies pour la prédiction des anomalies du champ visuel dans les yeux suspects de glaucome. (2004) Ophtalmologie d'investigation et sciences visuelles. 45 (7): 2255-2262.

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Schwartz, O., Movellan, JR, Wachtler, T., Albright, TD, Sejnowski, TJ Distributions du nombre de pics, factorisabilité et effets contextuels dans la zone V1. (2004) Neuroinformatique. 58-60 : 893-900. DOI : 10.1016/j.neucom.2004.01.143

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Arnold, M., Sejnowski, T., Hammerstrom, D., Jabri, M. Intégration des systèmes neuronaux. (2004) Neuroinformatique. 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 Dynamique cérébrale électroencéphalographique suivant des cibles visuelles répondues manuellement. (2004) PLOS Biologie. 2(6):e176. DOI : 10.1371/journal.pbio.0020176

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Les signaux électroencéphalographiques (EEG) enregistrés au scalp, produits par synchronisation partielle de l'activité du champ cortical, mélangent les activités électriques localement synchrones de nombreuses aires corticales. L'analyse des signaux EEG événementiels suppose généralement que les potentiels post-stimulus émergent d'une ligne de base plane. Les signaux associés à un type particulier d'événement cognitif sont ensuite évalués en faisant la moyenne des données de chaque canal du scalp entre les essais, ce qui produit des potentiels événementiels (PE) moyennés. Cependant, la moyenne des PE filtre une grande partie des informations sur la dynamique corticale disponibles dans les essais sans moyenne. Ici, nous avons étudié la dynamique de l'activité électrique corticale pendant que les sujets détectaient et répondaient manuellement à des cibles visuelles, considérant les signaux retenus dans les moyennes des PE non pas comme des réponses d'un système par ailleurs silencieux, mais comme le résultat d'altérations événementielles des processus EEG en cours. Nous avons appliqué l'analyse en composantes indépendantes infomax pour analyser la dynamique des signaux EEG non moyennés à 31 canaux en processus maximalement indépendants, puis avons regroupé les processus résultants entre les sujets en fonction des similarités de leurs cartes du scalp et de leurs spectres de puissance d'activité, identifiant neuf classes de processus EEG avec des distributions spatiales et des dynamiques événementielles distinctes. Des bouffées thêta postmotrices couplées à deux cycles ont suivi des pressions sur des boutons dans les clusters fronto-médian et somatomoteur, tandis que la positivité postmotrice large « P300 » a additionné les contributions distinctes de plusieurs classes de processus frontaux, pariétaux et occipitaux. Les changements événementiels observés dans les activités locales du champ, au sein et entre les aires corticales, pourraient servir à moduler l'intensité de la communication par pics entre les aires corticales afin d'actualiser l'attention, l'attente, la mémoire et la préparation motrice pendant et après la reconnaissance de la cible et la réponse accélérée.

Tiesinga, PH, Fellous, JM, Salinas, E., José, JV, Sejnowski, TJ La synchronisation comme mécanisme de modulation du gain attentionnel. (2004) Neuroinformatique. 58-60 : 641-646. DOI : 10.1016/j.neucom.2004.01.108

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Yates, PA, Holub, AD, McLaughlin, T., Sejnowski, TJ, O'Leary, DD Modélisation informatique du développement de la carte rétinotopique pour définir les contributions des gradients EphA-ephrinA, des interactions axone-axone et de l'activité structurée. (2004) Journal of Neurobiology. 59(1):95-113. DOI: 10.1002/neu.10341

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La projection topographique des axones des cellules ganglionnaires rétiniennes (CGR) vers le colliculus supérieur (CS) de la souris ou le tectum optique (OT) du poulet se forme en trois phases : les axones des CGR dépassent leur zone de terminaison (ZT) ; ils présentent une ramification interstitielle le long de l'axone, biaisée topographiquement pour la localisation correcte de leur future ZT ; et les branches s'arborisent préférentiellement au niveau de la ZT, et la projection exubérante initiale s'affine par élimination d'axones et de branches pour générer une carte rétinotopique précise. Nous présentons un modèle informatique de développement de la carte qui démontre que les contre-gradients d'EphAs et d'ephrinAs dans la rétine, ainsi que la signalisation OT/CS et répulsive bidirectionnelle entre les axones des CGR et les cellules OT/CS, suffisent à orienter un biais topographique initial dans la ramification des axones des CGR. Notre modèle suggère également qu'une action répulsive proposée des EphAs/ephrinAs présents sur les branches et les arborescences des cellules RGC, ajoutée à celle des EphAs/ephrinAs exprimés par les cellules OT/SC, est nécessaire pour restreindre progressivement la ramification et l'arborisation à des emplacements topographiquement corrects et éliminer le dépassement axonal. Les simulations montrent que ce cadre moléculaire peut à lui seul développer un ordre et un raffinement topographiques considérables, y compris l'élimination des axones, une caractéristique non programmée dans le modèle. Générer une carte affinée avec une zone de transition condensée comme in vivo nécessite un paramètre supplémentaire qui favorise la formation de branches le long d'un axone des cellules RGC à proximité des sites où sa densité de branches est plus élevée, et ressemble à un rôle présumé pour l'activité neuronale structurée. Le même modèle informatique génère les phénotypes rapportés chez les souris déficientes en ephrinA et les souris knock-in Isl2-EphA3. Cette modélisation suggère que les gradients de contre-répulsifs peuvent établir un degré substantiel d'ordre topographique dans l'OT/SC, et que les répulsifs présents sur les branches et les arborescences des axones des CGR contribuent substantiellement à l'affinement de la carte. Cependant, des interactions compétitives entre les axones des CGR, augmentant la probabilité de ramification locale continue, sont nécessaires pour générer une rétinotopie précise.

Eagleman, DM, Jacobson, JE, Sejnowski, TJ La luminance perçue dépend du contexte temporel. (2004) Nature. 428(6985):854-856. DOI : 10.1038/nature02467

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Fellous, JM, Tiesinga, PH, Thomas, PJ, Sejnowski, TJ Découverte de modèles de pics dans les réponses neuronales. (2004) Journal of Neuroscience. 24(12):2989-3001. DOI: 10.1523/JNEUROSCI.4649-03.2004

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Tiesinga, PH, Sejnowski, TJ Modulation temporelle rapide de la synchronie par compétition dans les réseaux d'interneurones corticaux. (2004) Calcul neuronal. 16(2):251-75. DOI : 10.1162/089976604322742029

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La synchronie des neurones du cortex visuel extrastrié est modulée par l'attention sélective, même en cas de faibles variations de la fréquence de décharge (Fries, Reynolds, Rorie et Desimone, 2001). Nous avons utilisé des modèles de neurones corticaux de type Hodgkin-Huxley pour étudier le mécanisme par lequel le degré de synchronie peut être modulé indépendamment des variations de la fréquence de décharge. La synchronie de réseaux locaux d'interneurones corticaux modèles interagissant via des synapses GABA(A) a été modulée rapidement par l'activation sélective d'une fraction des interneurones. Les interneurones activés se sont rapidement synchronisés et ont supprimé l'activité des autres neurones du réseau, mais uniquement si le réseau se trouvait dans une plage restreinte d'activité synaptique de fond équilibrée. Lors d'une activité de fond plus intense, le réseau ne s'est pas synchronisé, et pour une activité de fond plus faible, le réseau s'est synchronisé, mais ne est pas revenu à un état asynchrone après la synchronisation. La sortie inhibitrice du réseau bloquait l'activité des neurones pyramidaux lors de l'activité asynchrone du réseau, et lors de l'activité synchrone du réseau, elle renforçait l'impact de l'activité des cellules pyramidales liée au stimulus sur les aires corticales réceptrices (Salinas & Sejnowski, 2001). La synchronie par compétition fournit un mécanisme de contrôle de la synchronie avec des modifications mineures du rythme, ce qui pourrait être utile pour le traitement de l'information. Étant donné que les méthodes traditionnelles telles que la corrélation croisée et la cohérence du champ de pointes nécessitent plusieurs centaines de millisecondes d'enregistrement et ne peuvent mesurer les variations rapides du degré de synchronie, nous avons introduit une nouvelle méthode pour détecter les variations rapides du degré de coïncidence et de la précision du timing des pointes.

Schreiber, S., Fellous, JM, Tiesinga, P., Sejnowski, TJ Influence des conductances ioniques sur la fiabilité du timing des pics des neurones corticaux pour les entrées rythmiques supraliminaires. (2004) Journal of Neurophysiology. 91(1):194-205. DOI : 10.1152/jn.00556.2003

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Fellous, JM, Sejnowski, TJ Régulation de l'activité persistante par inhibition de fond dans un modèle in vitro d'un microcircuit cortical. (2003) Cortex cérébral. 13 (11): 1232-1241.

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Anemüller, J., Sejnowski, TJ, Makeig, S. Analyse en composantes indépendantes complexes de données électroencéphalographiques dans le domaine fréquentiel. (2003) Les réseaux de neurones. 16(9):1311-1323. DOI : 10.1016/j.neunet.2003.08.003

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Sejnowski, T. Le moi computationnel. (2003) Ann. NY Acad. Sci. 1001: 262-271.

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Destexhe, A., Sejnowski, TJ Interactions entre les conductances membranaires sous-jacentes aux oscillations lentes thalamocorticales. (2003) Examens physiologiques. 83(4):1401-1453. DOI : 10.1152/physrev.00012.2003

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Laughlin, SB, Sejnowski, TJ Communication dans les réseaux neuronaux. (2003) Science. 301(5641):1870-1874. DOI : 10.1126/science.1089662

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Eagleman, DM, Sejnowski, TJ L'illusion de mouvement de ligne peut être inversée par des signaux de mouvement après la disparition de la ligne. (2003) La perception. 32(8):963-968. DOI : 10.1068/p3314a

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Sejnowski, TJ Perceptions de la science. Exploitez la science 24h/7 et XNUMXj/XNUMX. (2003) Science. 301(5633):601. DOI : 10.1126/science.1084463

Kretzberg, J., Sejnowski, T., Warzecha, AK, Egelhaaf, M. La variabilité des réponses postsynaptiques dépend de manière non linéaire du nombre d’entrées synaptiques. (2003) Neuroinformatique. 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 Une nouvelle mesure basée sur la corrélation de la fiabilité du timing des pics. (2003) Neuroinformatique. 52-54:925-931. DOI: 10.1016/S0925-2312(02)00838-X

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Rao, RP, Sejnowski, TJ Systèmes neuronaux auto-organisés basés sur l'apprentissage prédictif. (2003) Philos Trans A Math Phys Eng Sci. 361(1807):1149-1175. DOI : 10.1098/rsta.2003.1190

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Thomas, PJ, Tiesinga, PH, Fellous, JM, Sejnowski, TJ Fiabilité et bifurcation dans les neurones pilotés par de multiples sinusoïdes. (2003) Neuroinformatique. 52-54:955-961. DOI: 10.1016/S0925-2312(02)00856-1

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Neubig, M., Destexhe, A., Sejnowski, TJ Variabilité des courants synaptiques quantiques dans les neurones thalamocorticaux. (2003) Système de relations thalamo-alvéolaires 2(2):153-168. DOI: 10.1016/S1472-9288(03)00008-6

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Franks, KM, Stevens, CF, Sejnowski, TJ Sources indépendantes de variabilité quantique au niveau des synapses glutamatergiques uniques. (2003) Journal of Neuroscience. 23 (8): 3186-3195.

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La variabilité de la taille des réponses postsynaptiques individuelles est une caractéristique de la plupart des neurones centraux, bien que l'origine de cette variabilité ne soit pas entièrement élucidée. La source dominante de variabilité pourrait être intersynaptique ou intrasynaptique. Pour examiner quantitativement cette question, un modèle biophysiquement réaliste d'une synapse axospineuse centrale idéalisée a été utilisé pour évaluer les mécanismes sous-jacents aux mesures de variabilité synaptique. Trois sources indépendantes de variabilité ont été prises en compte : la stochasticité des récepteurs postsynaptiques (« bruit de canal »), les variations de concentration de glutamate dans la fente synaptique (Deltaq) et les différences de puissance des vésicules libérées à différents endroits de la zone active [dépendance à la localisation de la libération (RLD)]. Comme prévu, le bruit de canal était faible (8 % de la variance totale) et Deltaq était la source dominante de variabilité (58 % de la variance totale). Étonnamment, la RLD représentait une part significative de la variabilité (36 %). Nos simulations montrent que la puissance des sites de libération diminue avec une constante de longueur d'environ 100 nm, et que les récepteurs ne sont pas activés par des événements de libération à plus de 300 nm, ce qui est cohérent avec l'observation selon laquelle les zones actives individuelles sont rarement à plus de 300 nm. La RLD prédit également que la manière dont les récepteurs sont ajoutés ou retirés des synapses peut affecter considérablement la nature de la réponse synaptique, l'augmentation de la densité des récepteurs étant plus efficace qu'une simple augmentation de la surface synaptique. Les niveaux de saturation et la géométrie synaptique ont également joué un rôle important dans la détermination de la taille et de la forme de la distribution des amplitudes enregistrées au niveau des différentes synapses.

Fellous, JM, Rudolph, M., Destexhe, A., Sejnowski, TJ Le bruit de fond synaptique contrôle les caractéristiques d'entrée/sortie des cellules individuelles dans un modèle in vitro d'activité in vivo. (2003) Neuroscience. 122 (3): 811-829.

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Des études in vivo, in vitro et computationnelles ont été utilisées pour étudier l'impact de l'activité synaptique de fond observée dans les neurones néocorticaux in vivo. Nous avons simulé l'activité de fond in vitro à l'aide de deux processus stochastiques d'Ornstein-Uhlenbeck décrivant les conductances synaptiques glutamatergiques et GABAergiques, qui ont été injectés dans une cellule en temps réel par la technique de pince dynamique. Avec des paramètres choisis pour imiter les conditions in vivo, les cellules du cortex préfrontal de rat de couche 5 enregistrées in vitro ont été dépolarisées d'environ 15 mV, leur membrane a fluctué avec un écart-type d'environ 4 mV, leurs résistances d'entrée ont été divisées par cinq, leur décharge spontanée avait un coefficient de variation élevé et une fréquence de décharge moyenne d'environ 5 à 10 Hz. De brèves variations de la variance des fluctuations de la conductance synaptique de l'acide alpha-amino-3-hydroxy-5-méthyl-4-isoxazolepropionique (AMPA) ont induit des pics synchronisés dans le temps sans modifier significativement le potentiel membranaire moyen de la cellule. Ces transitoires imitaient des augmentations de la corrélation des entrées excitatrices. L'activité de fond s'est révélée très efficace pour moduler la courbe fréquence de décharge/courant de la cellule : la variance des conductances simulées de l'acide gamma-aminobutyrique (GABA) et de l'AMPA a déterminé individuellement le gain d'entrée/sortie, les conductances excitatrices et inhibitrices moyennes ont déterminé le point de fonctionnement, et la conductance inhibitrice moyenne a contrôlé la résistance d'entrée. Un rapport moyen des conductances inhibitrices et excitatrices moyennes proche de 4 était optimal pour générer des fluctuations du potentiel membranaire avec des coefficients de variation élevés. Nous concluons que l'activité synaptique de fond peut moduler dynamiquement les propriétés d'entrée/sortie des neurones néocorticaux individuels in vivo.

Wachtler, T., Sejnowski, TJ, Albright, TD Représentation des stimuli de couleur dans le cortex visuel primaire du macaque éveillé. (2003) Neuron. 37 (4): 681-691.

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Doi, E., Inui, T., Lee, TW, Wachtler, T., Sejnowski, TJ Propriétés du champ récepteur spatiochromatique dérivées d'analyses théoriques de l'information des réponses de la mosaïque de cônes aux scènes naturelles. (2003) Calcul 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 Algorithmes d'apprentissage de dictionnaire pour une représentation parcimonieuse. (2003) Calcul neuronal. 15(2):349-96. DOI : 10.1162/089976603762552951

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Des algorithmes d'apprentissage piloté par les données de dictionnaires surcomplets spécifiques à un domaine sont développés afin d'obtenir des estimations de dictionnaire a posteriori maximales et de vraisemblance maximale, basées sur l'utilisation de modèles bayésiens avec des priors logarithmiques négatifs concaves/Schur-concaves (CSC). Ces priors permettent d'obtenir des représentations éparses de signaux environnementaux au sein d'un dictionnaire judicieusement choisi (adapté à l'environnement). Les éléments du dictionnaire peuvent être interprétés comme des concepts, des caractéristiques ou des mots capables d'exprimer succinctement les événements rencontrés dans l'environnement (source des signaux mesurés). Il s'agit d'une généralisation de la quantification vectorielle, dans la mesure où l'on s'intéresse à une description comportant quelques entrées de dictionnaire (les fameux « 25 mots ou moins »), mais pas nécessairement aussi succincte qu'une seule entrée. Pour apprendre un dictionnaire adapté à l'environnement et capable d'exprimer de manière concise les signaux générés par l'environnement, nous développons des algorithmes itérant entre un ensemble représentatif de représentations éparses trouvées par des variantes de FOCUSS et une mise à jour du dictionnaire utilisant ces représentations éparses. Des expériences ont été réalisées à partir de données synthétiques et d'images naturelles. Pour les dictionnaires complets, nous démontrons que nos algorithmes offrent des performances supérieures à celles d'autres méthodes d'analyse en composantes indépendantes (ACI), mesurées en termes de rapports signal/bruit de sources séparées. Dans le cas surcomplet, nous démontrons que le véritable dictionnaire sous-jacent et les sources éparses peuvent être récupérés avec précision. Lors de tests avec des images naturelles, les dictionnaires surcomplets appris présentent une efficacité de codage supérieure à celle des dictionnaires complets ; autrement dit, les images encodées avec un dictionnaire surcomplet présentent à la fois une compression plus élevée (moins de bits par pixel) et une précision supérieure (erreur quadratique moyenne plus faible).

Rao, RP, Sejnowski, TJ Sélectivité de direction de type cellulaire complexe grâce à la plasticité dépendante du timing des pics. (2003) Journal de recherche de l'IETE. 49(2-3):97-111.

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Suri, RE, Sejnowski, TJ Propagation des pics synchronisée par apprentissage hebbien temporellement asymétrique. (2002) Biol Cybern. 87(5-6):440-5. DOI: 10.1007/s00422-002-0355-9

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Francs, KM, Sejnowski, TJ Complexité de la signalisation calcique dans les épines synaptiques. (2002) BioEssais. 24(12):1130-1144. DOI : 10.1002/bies.10193

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Destexhe, A., Sejnowski, TJ L'initiation des rafales dans les neurones thalamiques et le contrôle cortical de la sensibilité thalamique. (2002) Philos. Trans. R. Soc. Lond., B, Biol. Sci. 357(1428):1649-57. DOI : 10.1098/rstb.2002.1154

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Bartlett, MS, Movellan, JR, Sejnowski, TJ Reconnaissance faciale par analyse des composants indépendants. (2002) Réseau neuronal trans IEEE 13(6):1450-1464. DOI : 10.1109/TNN.2002.804287

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Franks, KM, Bartol, TM, Sejnowski, TJ Un modèle de Monte Carlo révèle une signalisation indépendante au niveau des synapses glutamatergiques centrales. (2002) Journal biophysique. 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, infirmière autorisée Comparaison des réseaux neuronaux et des fonctions discriminantes linéaires pour la détection du glaucome à l'aide de l'ophtalmoscopie laser à balayage confocal du disque optique. (2002) Ophtalmologie d'investigation et sciences visuelles. 43 (11): 3444-3454.

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Bajenov, M., Timofeev, I., Steriade, M., Sejnowski, TJ Modèle des oscillations du sommeil à ondes lentes thalamocorticales et des transitions vers les états activés. (2002) Journal of Neuroscience. 22 (19): 8691-704.

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Français Pendant le sommeil lent profond (SWS) naturel chez les chats non anesthésiés, les états silencieux (bas) alternent avec les états actifs (haut) ; les états bas sont absents pendant le sommeil à mouvements oculaires rapides et l'éveil. Les oscillations (< 1 Hz) dans le SWS et la transformation en un état d'éveil activé ont été étudiées à l'aide d'enregistrements intracellulaires in vivo et de modèles informatiques du système corticothalamique. La sommation occasionnelle des PPSE miniatures pendant la phase hyperpolarisée (silencieuse) de l'oscillation SWS a activé le courant sodique persistant et a dépolarisé la membrane des cellules pyramidales corticales (PY) suffisamment pour la génération de pointes. Dans le modèle, cela a déclenché la phase active, qui a été maintenue par l'excitation PY-PY latérale et le courant sodique persistant. La dépression progressive des interconnexions excitatrices et l'activation du courant K+ dépendant du Ca2+ ont conduit à la fin de l'activité à 20-25 Hz après 500-1000 ms. L'inclusion des neurones réticulaires thalamocorticaux (TC) et thalamiques dans le modèle a augmenté la durée des périodes actives jusqu'à 1-1.5 s et a introduit des séquences de fuseau décroissant. Une augmentation de l'activité de l'acétylcholine, associée aux états activés, a été modélisée par la réduction du courant de fuite K+ dans les cellules PY et TC et par une diminution des conductances synaptiques PY-PY intracorticales. Ces changements ont éliminé les phases hyperpolarisantes de l'activité du réseau et ont transformé les neurones corticaux en décharges toniques à 15-20 Hz. Pendant la transition de l'état SWS à l'état activé, la résistance d'entrée des neurones corticaux a progressivement augmenté et, dans un état pleinement activé, a atteint des valeurs identiques, voire supérieures, à celles des phases silencieuses des oscillations SWS. Le modèle décrit de nombreuses caractéristiques essentielles des états SWS et activés dans le système thalamocortical, ainsi que la transition entre eux.

Chan, K., Lee, TW, Sample, PA, Goldbaum, MH, Weinreb, RN, Sejnowski, TJ Comparaison de l'apprentissage automatique et des classificateurs traditionnels dans le diagnostic du glaucome. (2002) IEEE Trans Biomed Ing. 49(9):963-74. DOI : 10.1109/TBME.2002.802012

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Le glaucome est une neuropathie optique progressive caractérisée par des modifications structurelles caractéristiques de la tête du nerf optique, reflétées dans le champ visuel. Le test de sensibilité du champ visuel est couramment utilisé en clinique pour évaluer le glaucome. La périmétrie automatisée standard (PAS) est un test informatisé du champ visuel courant dont les résultats sont compatibles avec l'apprentissage automatique. Nous avons comparé les performances de plusieurs algorithmes d'apprentissage automatique avec l'écart moyen, l'écart type de motif et l'écart type de motif corrigé des indices STATPAC. Les algorithmes d'apprentissage automatique étudiés comprenaient le perceptron multicouche (MLP), la machine à vecteurs de support (SVM), l'analyse discriminante linéaire (LDA) et quadratique (QDA), la fenêtre de Parzen, le mélange de gaussiennes (MOG) et le mélange de gaussiennes généralisées (MGG). La MLP et la SVM sont des classificateurs qui agissent directement sur la frontière de décision et relèvent du paradigme discriminant. Les classificateurs génératifs, qui modélisent d'abord la densité de probabilité des données, puis effectuent la classification selon la règle de Bayes, offrent généralement une compréhension plus approfondie de la structure de l'espace de données. Nous avons appliqué les méthodes MOG, MGG, LDA, QDA et la fenêtre de Parzen à la classification du glaucome selon SAP. Les performances des différents classificateurs ont été comparées par les aires sous leurs courbes caractéristiques de fonctionnement du récepteur et par les sensibilités (taux de vrais positifs) à des spécificités choisies (taux de vrais négatifs). Les classificateurs de type apprentissage automatique ont montré des performances supérieures aux meilleurs indices de STATPAC. La méthodologie de sélection avant et d'élimination arrière a encore amélioré le taux de classification et offre également le potentiel de réduire la durée des tests en diminuant le nombre de mesures de localisation du champ visuel.

Salinas, E., Sejnowski, TJ Neurones à intégration et déclenchement pilotés par une entrée stochastique corrélée. (2002) Calcul neuronal. 14(9):2111-2155. DOI : 10.1162/089976602320264024

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Chan, K., Lee, TW, Sejnowski, TJ Apprentissage variationnel de clusters de composants indépendants non symétriques incomplets. (2002) J Mach Learn Res. 3: 99-114.

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Lee, TW, Wachtler, T., Sejnowski, TJ L'opposé des couleurs est une représentation efficace des propriétés spectrales dans les scènes naturelles. (2002) Recherche sur la vision. 42 (17): 2095-2103.

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Sample, PA, Goldbaum, MH, Chan, K., Boden, C., Lee, TW, Vasile, C., Boehm, AG, Sejnowski, T., Johnson, Californie, Weinreb, infirmière autorisée Utilisation de classificateurs d’apprentissage automatique pour identifier plus tôt les changements glaucomateux dans les champs visuels standard. (2002) Ophtalmologie d'investigation et sciences visuelles. 43 (8): 2660-2665.

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Houweling, AR, Bazhenov, M., Timofeev, I., Grenier, F., Steriade, M., Sejnowski, TJ Réponses d'augmentation sélectives en fréquence par dépression synaptique à court terme dans le néocortex du chat. (2002) Journal de physiologie. 542 (partie 2): 599-617.

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Tiesinga, PH, Fellous, JM, Sejnowski, TJ La fiabilité de l'attracteur révèle une structure déterministe dans les trains de pics neuronaux. (2002) Calcul neuronal. 14(7):1629-1650. DOI : 10.1162/08997660260028647

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Timofeev, I., Grenier, F., Bajenov, M., Houweling, AR, Sejnowski, TJ, Stériade, M. Plasticité à court et moyen terme associée à l'augmentation des réponses dans les plaques corticales et les fuseaux du cortex intact des chats in vivo. (2002) Journal de physiologie. 542 (partie 2): 583-598.

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Français Les modifications plastiques de la réactivité synaptique des neurones néocorticaux, qui surviennent après des stimuli rythmiques dans la gamme de fréquences des fuseaux du sommeil (10 Hz), ont été étudiées dans des plaques néocorticales isolées et dans le cortex intact de chats anesthésiés au moyen d'enregistrements intracellulaires simultanés simples, doubles et triples, en conjonction avec des enregistrements des réponses du potentiel de champ local. Dans des plaques corticales isolées (10 mm de long, 6 mm de large et 4-5 mm de profondeur), des réponses d'augmentation aux trains d'impulsions à 10 Hz (réponses avec des amplitudes croissantes à partir du deuxième stimulus d'un train) n'ont été provoquées que par des stimuli d'intensité relativement élevée. À faible intensité, les réponses étaient décrémentielles. Les réponses d'augmentation les plus importantes ont été évoquées dans les neurones situés à proximité du site de stimulation. Des analyses quantitatives du nombre de potentiels d'action, de l'amplitude et de la zone de dépolarisation lors de réponses d'augmentation dans une population de neurones enregistrés à partir de slabs ont montré que les augmentations les plus spectaculaires du nombre de pointes avec des stimuli successifs, et la plus forte augmentation de l'amplitude de dépolarisation, ont été observées dans les neurones à pointes rapides (FS) conventionnels. La plus forte augmentation de la zone de dépolarisation a été observée dans les neurones à pointes régulières (RS). Des enregistrements intracellulaires doubles d'une paire de neurones FS et RS dans le slab ont révélé davantage de potentiels d'action dans le neurone FS pendant les réponses d'augmentation et une augmentation significative de la zone de dépolarisation du neurone RS qui dépendait de la décharge du neurone FS. Des crises auto-entretenues pouvaient survenir dans le slab après des stimuli rythmiques à 10 Hz. Dans le cortex intact, des séquences répétées de stimuli générant des réponses d'augmentation ou des fuseaux spontanés pouvaient induire une réactivité synaptique accrue à des stimuli uniques, qui durait plusieurs minutes. Une augmentation similaire de la réactivité a été obtenue avec l'induction de la plasticité cellulaire. Ces données suggèrent que l'augmentation des réponses induites par la stimulation, ainsi que l'apparition spontanée de fuseaux, peuvent induire une plasticité des réponses neuronales à court et moyen terme.

Timofeev, I., Bajenov, M., Sejnowski, T., Stériade, M. Le courant dépolarisant activé par l'hyperpolarisation corticale participe à la génération d'activités paroxystiques focales. (2002) Actes de l'Académie nationale des sciences des États-Unis d'Amérique. 99(14):9533-9537. DOI : 10.1073/pnas.132259899

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Eagleman, DM, Sejnowski, TJ Démêler les illusions spatiales et temporelles. (2002) Tendances en neurosciences. 25(6):293; réponse de l'auteur 294.

Wiskott, L., Sejnowski, TJ Analyse des caractéristiques lentes : apprentissage non supervisé des invariances. (2002) Calcul 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 Variabilité d'un essai unique dans les signaux BOLD liés aux événements. (2002) Neuroimage. 15(4):823-835. DOI : 10.1006/nimg.2001.1049

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La plupart des méthodes actuelles d'analyse des données d'IRMf supposent une connaissance a priori de l'évolution temporelle de la réponse hémodynamique (FC) aux stimuli ou événements expérimentaux dans les zones cérébrales d'intérêt. De plus, elles supposent généralement l'homogénéité des signaux de « bruit » de la FC et des signaux non liés à la FC, tant entre les régions cérébrales qu'entre des événements expérimentaux similaires. Lorsque les FC varient de manière imprévisible, d'une zone à l'autre ou d'un essai à l'autre, une approche alternative est nécessaire. Ici, nous utilisons l'analyse en composantes indépendantes (ACI) Infomax pour détecter et visualiser les variations des FC d'un essai unique dans les données d'IRMf liées aux événements. Six sujets ont participé à quatre séances d'IRMf chacune, au cours desquelles dix salves de stimulation en damier scintillant de 8 Hz ont été présentées pendant des durées de 0.5 s (courte) ou 3 s (longue) à des intervalles de 30 s. Cinq coupes axiales ont été acquises par un imageur à résonance magnétique Bruker 3-T à des intervalles inter-balayages de 500 ms (TR). La décomposition ICA des données BOLD (dépendantes du niveau d'oxygénation sanguine) obtenues pour chaque séance a produit une composante indépendante active dans le cortex visuel primaire (V1) et, lors de plusieurs séances, une autre active dans le cortex temporal médian (MT/V5). La visualisation d'ensembles d'époques de réponse BOLD à l'aide de nouveaux tracés d'images BOLD a démontré que les FC des composantes variaient considérablement et souvent systématiquement d'un essai à l'autre, ainsi que d'une séance à l'autre, d'un sujet à l'autre et d'une zone cérébrale à l'autre. Contrairement aux attentes, chez quatre des six sujets, la FC de la composante V1 présentait deux pics positifs en réponse à des salves de stimulations courtes, tandis que des composantes présentant des régions d'activité presque identiques lors de séances de stimulations longues chez les mêmes sujets étaient associées à des FC à pic unique. Ainsi, l'ICA combinée à la visualisation d'images BOLD peut révéler des variations importantes et imprévues de la FC, invisibles aux chercheurs analysant leurs données avec la moyenne des réponses liées aux événements et des modèles de FC fixes.

Tiesinga, PH, Fellous, JM, José, JV, Sejnowski, TJ Transfert d'informations dans les neurones corticaux entraînés. (2002) Réseau. 13 (1): 41-66.

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Makeig, S., Westerfield, M., Jung, TP, Enghoff, S., Townsend, J., Courchesne, E., Sejnowski, TJ Sources cérébrales dynamiques de réponses évoquées visuelles. (2002) Science. 295(5555):690-4. DOI : 10.1126/science.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, infirmière autorisée Comparaison des classificateurs d’apprentissage automatique pour le diagnostic du glaucome à partir de la périmétrie automatisée standard. (2002) Ophtalmologie d'investigation et sciences visuelles. 43 (1): 162-9.

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Flash, T., Sejnowski, TJ Approches informatiques du contrôle moteur. (2001) Opinion actuelle en neurobiologie. 11 (6): 655-62.

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Destexhe, A., Rudolph, M., Fellous, JM, Sejnowski, TJ Les conductances synaptiques fluctuantes recréent une activité de type in vivo dans les neurones néocorticaux. (2001) Neuroscience. 107 (1): 13-24.

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Jung, TP, Makeig, S., Westerfield, M., Townsend, J., Courchesne, E., Sejnowski, TJ Analyse et visualisation des potentiels évoqués liés à un événement d'essai unique. (2001) Hum Brain Mapp. 14 (3): 166-85.

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Dans cette étude, une technique de décomposition linéaire, l'analyse en composantes indépendantes (ACI), est appliquée à des données EEG multicanaux d'essais uniques issues d'expériences de potentiels évoqués (PE). Des filtres spatiaux dérivés de l'ACI séparent aveuglément les données d'entrée en une somme de composantes temporellement indépendantes et spatialement fixes, provenant de sources cérébrales ou extra-cérébrales distinctes ou se chevauchant. Les données et leur décomposition sont affichées à l'aide d'un nouvel outil de visualisation, l'« image PE », qui permet de caractériser clairement les variations d'amplitude et de latence des réponses évoquées d'un essai unique, notamment lorsqu'elles sont triées selon une variable comportementale ou physiologique pertinente. Ces outils ont été utilisés pour analyser les données d'une expérience d'attention sélective visuelle menée sur 28 sujets témoins et 22 patients neurologiques dont les enregistrements EEG étaient fortement contaminés par des artefacts de clignement et d'autres artefacts de mouvements oculaires. Les résultats montrent que l'ACI permet de séparer les activités EEG artéfactuelles, verrouillées par le stimulus, verrouillées par la réponse et non liées à l'événement en composantes distinctes, une taxonomie non obtenue par les approches conventionnelles de moyennage du signal. Cette méthode permet : (1) l’élimination des artéfacts omniprésents de tous types des enregistrements EEG d’essais uniques, (2) l’identification et la séparation des composantes EEG verrouillées par le stimulus et la réponse, (3) l’examen des différences dans les réponses d’essais uniques, et (4) la séparation des activités oscillatoires EEG temporellement distinctes mais spatialement superposées, ayant des relations distinctes avec les événements de la tâche. Les méthodes proposées permettent également d’étudier directement l’interaction entre les ERP et l’EEG en cours. Nous avons étudié la stabilité inter-sujets des composantes de la décomposition ICA des époques EEG d’essais uniques en regroupant les composantes présentant des cartes du scalp et des spectres de puissance d’activation similaires. Les composantes représentant les clignements, les mouvements oculaires, l’activité musculaire temporale, les potentiels évoqués et les activités alpha modulées par les événements étaient largement répliquées entre les sujets. L’application de la visualisation d’images ICA et ERP à l’analyse d’ensembles d’essais uniques issus d’expériences EEG liées aux événements (ou MEG) peut accroître les informations disponibles à partir des données ERP (ou ERF).

Salinas, E., Sejnowski, TJ Modulation du gain dans le système nerveux central : là où le comportement, la neurophysiologie et le calcul se rencontrent. (2001) Le neuroscientifique. 7(5):430-40. DOI : 10.1177/107385840100700512

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Rao, RP, Sejnowski, TJ Apprentissage prédictif de séquences temporelles dans les circuits néocorticaux récurrents. (2001) Novartis a trouvé. Symp. 239:208-229; discussion 229-240.

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Salinas, E., Sejnowski, TJ Activité neuronale corrélée et flux d'informations neuronales. (2001) Examens de la nature Neuroscience. 2(8):539-50. DOI : 10.1038/35086012

Jung, TP, Makeig, S., McKeown, MJ, Bell, AJ, Lee, TW, Sejnowski, TJ Imagerie de la dynamique cérébrale à l'aide de l'analyse en composantes indépendantes. (2001) Actes de l'IEEE. Institut des ingénieurs électriciens et électroniciens. 89(7):1107-1122. DOI : 10.1109/5.939827

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Pouget, A., Sejnowski, TJ Simulation d'une lésion dans un modèle de fonction de base de représentations spatiales : comparaison avec l'héminégligence. (2001) Psychol Rev. 108 (3): 653-73.

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Läer, L., Kloppstech, M., Schöfl, C., Sejnowski, TJ, Brabant, G., Prank, K. Transduction du signal hormonal améliorée par le bruit via des oscillations calciques intracellulaires. (2001) Chimie biophysique. 91 (2): 157-66.

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Tiesinga, PH, Fellous, JM, José, JV, Sejnowski, TJ Modèle informatique des oscillations delta, thêta et gamma induites par le carbachol dans l'hippocampe. (2001) Hippocampe 11(3):251-274. DOI : 10.1002/hipo.1041

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Zhang, K., Sejnowski, TJ Précision et apprentissage dans les populations neuronales. (2001) Progrès dans la recherche sur le cerveau. 130: 333-342.

Rao, RP, Eagleman, DM, Sejnowski, TJ Lissage optimal dans la perception du mouvement visuel. (2001) Calcul neuronal. 13 (6): 1243-53.

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Tiesinga, PH, Sejnowski, TJ Précision des réseaux couplés par impulsions de neurones à intégration et à déclenchement. (2001) Réseau. 12 (2): 215-33.

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Bazhenov, M., Stopfer, M., Rabinovich, M., Abarbanel, HD, Sejnowski, TJ, Laurent, G. Modèle de mécanismes cellulaires et de réseau pour la structuration temporelle évoquée par les odeurs dans le lobe antennaire du criquet. (2001) Neuron. 30 (2): 569-81.

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Bazhenov, M., Stopfer, M., Rabinovich, M., Huerta, R., Abarbanel, HD, Sejnowski, TJ, Laurent, G. Modèle de synchronisation oscillatoire transitoire dans le lobe antennaire du criquet. (2001) Neuron. 30 (2): 553-567.

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Wachtler, T., Albright, TD, Sejnowski, TJ Interactions non locales dans la perception des couleurs : traitement non linéaire des signaux chromatiques provenant d'inducteurs distants. (2001) Recherche sur la vision. 41 (12): 1535-1546.

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Fellous, JM, Houweling, AR, Modi, RH, Rao, RP, Tiesinga, PH, Sejnowski, TJ Dépendance de la fréquence de la fiabilité du timing des pics dans les cellules pyramidales corticales et les interneurones. (2001) Journal of Neurophysiology. 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 Le rôle de l'édition de l'ARN des récepteurs du kaïnate dans la plasticité synaptique et les crises. (2001) Neuron. 29 (1): 217-227.

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Brown, GD, Yamada, S., Sejnowski, TJ Analyse des composants indépendants lors du cocktail neuronal. (2001) Tendances en neurosciences. 24 (1): 54-63.

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Wachtler, T., Lee, TW, Sejnowski, TJ Structure chromatique des scènes naturelles. (2001) J Opt Soc Am A Opt Image Sci Vis. 18 (1): 65-77.

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Seamans, JK, Durstewitz, D., Christie, BR, Stevens, CF, Sejnowski, TJ Modulation des entrées synaptiques excitatrices des neurones du cortex préfrontal de la couche V par le récepteur de la dopamine D1/D5. (2001) Actes de l'Académie nationale des sciences des États-Unis d'Amérique. 98(1):301-306. DOI : 10.1073/pnas.011518798

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Tiesinga, PH, José, JV, Sejnowski, TJ Comparaison des neurones néocorticaux modèles pilotés par le courant et par la conductance avec les canaux voltage-dépendants de Hodgkin-Huxley. (2000) Phys Rev E Stat Phys Plasmas Fluides Relat Sujets interdisciplinaires. 62(6 Pt B):8413-8419.

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Sejnowski, TJ, Destexhe, A. Pourquoi dormons-nous ? (2000) Recherche sur le cerveau. 886(1-2):208-223.

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Makeig, S., Jung, TP, Sejnowski, TJ Conscience pendant la somnolence : dynamique et corrélats électrophysiologiques. (2000) Can J Exp Psychol. 54 (4): 266-273.

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Durant les périodes de somnolence, la performance aux tâches exigeant une attention continue devient intermittente. Nous avons précédemment rapporté que, durant les périodes de somnolence à performance intermittente, 7 participants sur 10 effectuant une tâche de détection auditive présentaient des épisodes de non-réponse durant environ 18 s (Makeig & Jung, 1996). De plus, les schémas temporels de ces épisodes se répétaient précisément lors des séances suivantes. Les cycles de 18 s étaient accompagnés de variations de puissance contrebalancées dans deux bandes de fréquences de l'EEG du vertex (près de 4 Hz et environ 40 Hz). Dans la présente expérience, les schémas de performance et les spectres EEG simultanés ont été examinés chez quatre participants effectuant une tâche de suivi visuomoteur compensatoire continu par périodes de 15 à 20 minutes au cours d'une étude de privation de sommeil de 42 heures. Pendant les périodes de bonne performance, les participants effectuaient des mouvements compensatoires de trackball environ deux fois par seconde, en essayant de maintenir un disque cible près d'un anneau central. Les autocorrélations de séries temporelles représentant la distance entre le disque cible et le centre de l'anneau ont montré que, pendant les périodes de faible performance, des cycles de performance marqués de près de 18 secondes réapparaissaient. Certaines phases de faible performance, voire d'absence de performance, s'accompagnaient d'une augmentation de la puissance EEG, maximale à 3-4 Hz. Ces études montrent que, chez les humains somnolents, l'ouverture et la fermeture des portes de la conscience comportementale sont marquées non pas par l'apparition de fuseaux de sommeil (12-14 Hz), mais par d'importantes variations d'amplitude EEG dans la bande thêta basse. De plus, les modifications EEG et comportementales pendant la somnolence présentent souvent des cycles stéréotypés de 18 secondes.

Christie, BR, Franks, KM, Seamans, JK, Saga, K., Sejnowski, TJ Plasticité synaptique dans les interneurones du stratum radiatum CA1 et les cellules de projection géantes identifiées morphologiquement. (2000) Hippocampe 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., Bajenov, M., Sejnowski, TJ, Stériade, M. Origine des oscillations corticales lentes dans les plaques corticales déafférentées. (2000) Cortex cérébral. 10 (12): 1185-1199.

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Durstewitz, D., Seamans, JK, Sejnowski, TJ Modèles neurocomputationnels de la mémoire de travail. (2000) Nature Neuroscience. 3 Suppl:1184-91. DOI: 10.1038/81460

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Jung, TP, Makeig, S., Westerfield, M., Townsend, J., Courchesne, E., Sejnowski, TJ Suppression des artefacts d'activité oculaire des potentiels liés aux événements visuels chez les sujets normaux et cliniques. (2000) Clin Neurophysiol. 111 (10): 1745-58.

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Bajenov, M., Timofeev, I., Steriade, M., Sejnowski, T. L'activité de pointes-éclats dans le noyau réticulaire thalamique initie des séquences d'oscillations de fuseau dans les réseaux thalamiques. (2000) Journal of Neurophysiology. 84 (2): 1076-87.

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Salinas, E., Sejnowski, TJ Impact de l'entrée synaptique corrélée sur le taux de déclenchement et la variabilité de la sortie dans des modèles neuronaux simples. (2000) Journal of Neuroscience. 20 (16): 6193-209.

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Les neurones corticaux sont généralement pilotés par des milliers d'entrées synaptiques. L'arrivée d'une impulsion provenant d'une entrée peut être corrélée ou non à l'arrivée d'autres impulsions provenant d'entrées différentes. Comment cette interdépendance modifie-t-elle la probabilité d'activation du neurone postsynaptique ? Nous avons construit un modèle de marche aléatoire simple dans lequel le potentiel de membrane d'un neurone cible fluctue de manière stochastique, sous l'effet de l'arrivée aléatoire d'impulsions excitatrices et inhibitrices. Une expression analytique a été dérivée pour la fréquence moyenne d'activation des sorties en fonction des fréquences d'activation et des corrélations par paires des entrées. Ce modèle stochastique a permis trois prédictions quantitatives. (1) Les corrélations entre paires d'entrées excitatrices ou inhibitrices augmentent les fluctuations de la commande synaptique, tandis que les corrélations entre paires excitatrices-inhibitrices les diminuent. (2) Lorsque l'excitation et l'inhibition sont parfaitement équilibrées (la commande synaptique nette moyenne est nulle), l'activation est causée uniquement par les fluctuations. (3) Dans le cas d'un équilibre, l'activation est irrégulière. Ces prédictions théoriques concordent parfaitement avec les simulations d'un neurone à intégration et déclenchement comprenant de multiples conductances et recevant des centaines d'entrées synaptiques. Les résultats montrent qu'en régime équilibré, de faibles corrélations causées par des signaux partagés entre les entrées peuvent avoir un effet multiplicateur sur la courbe de débit d'entrée-sortie d'un neurone postsynaptique, c'est-à-dire qu'elles peuvent réguler son gain ; en régime déséquilibré, les corrélations peuvent augmenter la probabilité de déclenchement, principalement autour du seuil, lorsque le débit de sortie est faible ; et dans tous les cas, les corrélations devraient augmenter la variabilité du train de pics de sortie.

Krekelberg, B., Lappe, M., Whitney, D., Cavanagh, P., Eagleman, DM, Sejnowski, TJ La position des objets en mouvement. (2000) Science. 289(5482):1107a. DOI : 10.1126/science.289.5482.1107a

Makeig, S., Enghoff, S., Jung, TP, Sejnowski, TJ Une base naturelle pour un contrôle efficace actionné par le cerveau. (2000) IEEE Trans Rehabil Eng. 8 (2): 208-11.

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Zhang, K., Sejnowski, TJ Une loi d'échelle universelle entre la matière grise et la matière blanche du cortex cérébral. (2000) Actes de l'Académie nationale des sciences des États-Unis d'Amérique. 97(10):5621-6. DOI : 10.1073/pnas.090504197

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Paulsen, O., Sejnowski, TJ Modèles naturels d'activité et plasticité synaptique à long terme. (2000) Opinion actuelle en neurobiologie. 10 (2): 172-9.

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Fellous, JM, Sejnowski, TJ Induction cholinergique d'oscillations dans la tranche hippocampique dans les bandes lentes (0.5-2 Hz), thêta (5-12 Hz) et gamma (35-70 Hz). (2000) Hippocampe 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 Suppression des artefacts électroencéphalographiques par séparation aveugle des sources. (2000) Psychophysiologie. 37 (2): 163-78.

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Les mouvements oculaires, les clignements d'yeux, les signaux cardiaques, le bruit musculaire et le bruit de ligne posent de sérieux problèmes pour l'interprétation et l'analyse électroencéphalographiques (EEG). Le rejet de segments EEG contaminés entraîne une perte de données inacceptable. De nombreuses méthodes ont été proposées pour supprimer les artefacts des enregistrements EEG, notamment ceux liés aux mouvements oculaires et aux clignements. Une régression temporelle ou fréquentielle est souvent effectuée sur des enregistrements EEG et électrooculographiques (EOG) parallèles afin d'obtenir des paramètres caractérisant l'apparition et la propagation des artefacts EOG dans les canaux EEG. L'EEG et l'activité oculaire se mélangeant bidirectionnellement, la régression des artefacts oculaires implique inévitablement la soustraction des signaux EEG pertinents de chaque enregistrement. Les méthodes de régression deviennent encore plus problématiques lorsqu'un canal de régression adapté n'est pas disponible pour chaque source d'artefact, comme dans le cas des artefacts musculaires. L'analyse en composantes principales (ACP) a été proposée pour supprimer les artefacts oculaires des EEG multicanaux. Cependant, l'ACP ne permet pas de séparer complètement les artefacts oculaires des signaux cérébraux, surtout lorsqu'ils ont des amplitudes comparables. Nous proposons ici une nouvelle méthode, généralement applicable, permettant d'éliminer une grande variété d'artefacts des enregistrements EEG, basée sur la séparation aveugle des sources par analyse en composantes indépendantes (ACI). Nos résultats sur des données EEG recueillies auprès de sujets normaux et autistes montrent que l'ACI permet de détecter, séparer et éliminer efficacement la contamination provenant d'une grande variété de sources d'artefacts dans les enregistrements EEG, avec des résultats comparables à ceux obtenus par régression et ACP. L'ACI peut également être utilisée pour analyser l'activité cérébrale liée au clignement des yeux.

Eagleman, DM, Sejnowski, TJ Intégration du mouvement et postdiction dans la conscience visuelle. (2000) Science. 287 (5460): 2036-8.

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Durstewitz, D., Seamans, JK, Sejnowski, TJ Stabilisation de l'activité de la période de retard médiée par la dopamine dans un modèle de réseau du cortex préfrontal. (2000) Journal of Neurophysiology. 83 (3): 1733-50.

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Le cortex préfrontal (PFC) joue un rôle essentiel dans la mémoire de travail, qui sous-tend les comportements guidés par la mémoire et orientés vers un objectif. Lors des tâches de mémoire de travail, les neurones du PFC présentent une activité élevée et soutenue, ce qui pourrait refléter la rétention active d'informations liées à un objectif ou la préparation d'actions à venir. La dopamine, via le récepteur D1, module fortement cette activité soutenue (période de retard) et les performances comportementales lors des tâches de mémoire de travail. Cependant, la fonction de la dopamine pendant cette période de retard et les mécanismes neuronaux sous-jacents sont mal compris. Nous avons récemment suggéré que la dopamine pourrait stabiliser les représentations neuronales actives dans les circuits du PFC lors de tâches impliquant la mémoire de travail et les rendre plus résistantes aux stimuli et au bruit interférents. Afin de tester plus avant cette idée et d'examiner les courants ioniques modulés par la dopamine susceptibles d'accroître la stabilité des représentations neuronales, nous avons développé un modèle de réseau du PFC composé de neurones multicompartimentés dotés d'une cinétique de canal de type Hodgkin-Huxley, capable de reproduire des enregistrements in vitro de cellules entières et in vivo de neurones du PFC. Des effets dopaminergiques sur les conductances ioniques et synaptiques intrinsèques ont été implémentés dans le modèle à partir de données in vitro. La dopamine simulée a fortement augmenté l'activité élevée de type retard, mais pas l'activité faible et spontanée dans le réseau modèle. De plus, l'intensité de la stimulation afférente nécessaire pour perturber l'activité de type retard a augmenté avec l'ampleur des modifications des paramètres du réseau induites par la dopamine, rendant la représentation actuellement active beaucoup plus stable. La stabilité pourrait être accrue par l'augmentation, induite par la dopamine, des conductances persistantes Na(+) et N-méthyl-D-aspartate (NMDA). La stabilité a également été améliorée par une réduction des conductances AMPA. L'augmentation des conductances GABA(A) qui survient après stimulation des récepteurs dopaminergiques D1 était nécessaire dans ce contexte pour prévenir les commutations spontanées et incontrôlées vers des états de forte activité (c'est-à-dire l'activation spontanée de représentations non pertinentes pour la tâche). En conclusion, les modifications induites par la dopamine dans les propriétés biophysiques des conductances ioniques et synaptiques intrinsèques ont conjointement agi pour augmenter considérablement la stabilité des représentations activées dans les réseaux PFC tout en conservant le contrôle du comportement du réseau et ainsi préserver sa capacité à répondre adéquatement aux stimuli liés à la tâche. Les prédictions du modèle peuvent être testées in vivo par l'application locale d'antagonistes spécifiques des récepteurs D1, du NMDA ou du GABA(A) lors de l'enregistrement à partir de neurones PFC dans des tâches de type réaction retardée avec des stimuli interférents.

Moortgat, KT, Bullock, TH, Sejnowski, TJ Effets des jonctions communicantes sur la précision et la fréquence d'un réseau de stimulateurs cardiaques modèles. (2000) Journal of Neurophysiology. 83 (2): 984-97.

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Nous avons étudié la précision de la synchronisation des pics dans un modèle de neurones oscillatoires couplés par jonctions communicantes. Ce modèle intégrait la physiologie, la morphologie et la connectivité connues du noyau pacemaker (Pn) à haute fréquence et extrêmement précis du poisson faiblement électrique. Deux classes de neurones, les cellules pacemaker et les cellules relais, ont été modélisées avec deux compartiments contenant des courants de sodium et de potassium de Hodgkin-Huxley. Les cellules pacemaker isolées s'activaient périodiquement, grâce à une injection de courant constante ; les cellules relais étaient silencieuses mais légèrement dépolarisées au repos. Couplé à d'autres neurones par des jonctions communicantes, un neurone modèle, comme son corrélat biologique, produisait des pics à des fréquences et des amplitudes largement indépendantes des injections de courant. La distribution de phase dans le réseau était labile aux injections de courant intracellulaire et aux variations de conductance des jonctions communicantes. Le modèle prédit une conductance des jonctions communicantes biologiquement plausible de 4 à 5 nS (200 à 250 MOméga). Il en résulte un coefficient de couplage d'environ 0.02, tel qu'observé in vitro. Français Les paramètres du réseau ont été variés pour tester ce qui pourrait améliorer la précision temporelle des oscillations. L'augmentation de la conductance des jonctions communicantes et un plus grand nombre de cellules (en maintenant constante la conductance jonctionnelle totale par cellule) ont tous deux considérablement réduit le coefficient de variation (CV = écart type/moyenne) des temps de pointe des cellules relais de 74 à 85 % et plus, et ce avec une conductance de jonction communicante plus faible lorsque les cellules étaient en contact axonique par rapport à somatique. Le CV des cellules pacemaker n'a été réduit que lorsque la probabilité de contact a été augmentée, et seulement modérément : une multiplication par cinq de la probabilité de contact a réduit le CV de 35 %. Nous concluons que les jonctions communicantes facilitent la synchronisation, peuvent réduire le CV, sont plus efficaces entre les axones, et que les cellules pacemaker doivent avoir un CV intrinsèque faible pour expliquer le faible CV des cellules du réseau biologique.

Moortgat, KT, Bullock, TH, Sejnowski, TJ Précision du noyau stimulateur cardiaque chez un poisson faiblement électrique : influences du réseau versus influences cellulaires. (2000) Journal of Neurophysiology. 83 (2): 971-83.

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Nous avons étudié l'influence relative des propriétés cellulaires et du réseau sur la précision extrême du timing des pics observée dans le noyau stimulateur médullaire (Pn) du poisson faiblement électrique Apteronotus leptorhynchus. De tous les rythmes biologiques connus, la décharge électrique des organes de cette espèce et d'espèces apparentées est la plus précise temporellement, avec un coefficient de variation (CV = écart type/période moyenne) de 2 x 10(-4) et un écart type (ET) de 0.12 à 1.0 micros. Le timing de la décharge électrique des organes est commandé par les neurones du Pn, dont les cellules individuelles, dans une préparation in vitro, présentent un degré de précision légèrement inférieur. Parmi les 100 à 150 neurones du Pn, l'injection de colorant dans une cellule stimulateur a entraîné un couplage du colorant dans une à cinq autres cellules stimulateurs et une à trois cellules relais, ce qui concorde avec les résultats précédents. Français Les remplissages de cellules relais, cependant, ont montré des dendrites abondantes et des contacts jamais vus auparavant : des dendrites de cellules relais couplées par colorant à une à sept cellules pacemaker et une à sept cellules relais. Une injection de courant intracellulaire modérée (0.1-10 nA) n'a eu aucun effet sur la période de pointe d'un neurone et n'a que légèrement modulé son amplitude de pointe, mais a pu réinitialiser la phase de pointe. En revanche, des injections massives de courant hyperpolarisant (15-25 nA) pourraient forcer la cellule à sauter des pointes. Le timing relatif des pointes sous-liminaires et complètes suggère qu'au moins certaines cellules pacemaker sont susceptibles d'être des oscillateurs intrinsèques. Les amplitudes relatives des pointes sous-liminaires et complètes ont donné une limite inférieure au coefficient de couplage des jonctions communicantes de 0.01-0.08. Trois médicaments, appelés bloqueurs de jonctions communicantes en raison de leur mode d'action dans d'autres préparations, ont entraîné une réduction immédiate et substantielle de la fréquence, modifié le décalage de phase entre paires de neurones et, ultérieurement, une diminution de l'amplitude des pointes, sans altérer la précision de leur synchronisation. Nous concluons donc que la haute précision du rythme Pn normal ne nécessite pas de conductances maximales des jonctions communicantes entre neurones présentant une précision cellulaire ordinaire. La précision des pointes peut plutôt s'expliquer par une propriété cellulaire intrinsèque, les jonctions communicantes agissant pour verrouiller en fréquence et en phase les oscillations du réseau.

Lewicki, MS, Sejnowski, TJ Apprentissage de représentations surcomplètes. (2000) Calcul neuronal. 12 (2): 337-65.

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Murthy, VN, Sejnowski, TJ, Stevens, CF Dynamique des transitoires de calcium dendritiques évoqués par la libération quantique au niveau des synapses hippocampiques excitatrices. (2000) Actes de l'Académie nationale des sciences des États-Unis d'Amérique. 97 (2): 901-6.

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

van Praag, H., Christie, BR, Sejnowski, TJ, Gage, FH La course à pied améliore la neurogenèse, l’apprentissage et la potentialisation à long terme chez la souris. (1999) Actes de l'Académie nationale des sciences des États-Unis d'Amérique. 96 (23): 13427-31.

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McKeown, MJ, Humphries, C., Iragui, V., Sejnowski, TJ Les schémas spatialement fixes expliquent les caractéristiques de pointe et d'onde dans les crises d'absence. (1999) Brain Topogr. 12 (2): 107-16.

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Malgré des données génétiques, morphologiques et expérimentales in vivo impliquant des anomalies fixes chez les patients souffrant de crises d'absence, les tentatives visant à identifier des caractéristiques hautement cohérentes dans le schéma de pointes-ondes à 3 Hz enregistré lors de crises séquentielles chez un même sujet ont été largement infructueuses. Nous avons utilisé une nouvelle technique de décomposition des données appelée analyse en composantes indépendantes (ACI) pour séparer les multiples épisodes de pointes-ondes de l'EEG de cinq sujets souffrant de crises d'absence en plusieurs composantes cohérentes. Chaque composante correspondait à une forme d'onde temporellement indépendante et à une distribution spatiale fixe. Presque toutes les composantes séparées par l'algorithme ACI présentaient des distributions spatiales se chevauchant, principalement frontales. L'analyse a révélé 5 à 8 composantes chez chaque sujet, activées de manière constante lors de toutes les crises, sans qu'aucune composante n'ait été détectée comme étant activée sélectivement par une crise plutôt qu'une autre. Les caractéristiques de « pointes » et d'« ondes » observées dans l'EEG de chaque sujet ont été séparées par l'algorithme ACI en deux ou plusieurs composantes. D'autres composantes n'étaient actives qu'au début de chaque crise ou étaient liées à une activité cérébrale continue, sans lien direct avec le schéma pointe-onde à 3 Hz. En revanche, des schémas spatiaux sélectionnés aléatoirement et utilisés pour la décomposition des données ont produit des composantes non informatives, comparables à une simple modification du montage pour la visualisation de l'EEG. Nos résultats suggèrent que, malgré la variabilité précédemment décrite de l'EEG brut, certaines distributions spatiales d'activation très spécifiques sont reproductibles d'une crise à l'autre. Celles-ci pourraient refléter une activité cérébrale ictale et non ictale activant systématiquement le même groupe de neurones.

Donato, G., Bartlett, MS, Hager, JC, Ekman, P., Sejnowski, TJ Classification des actions faciales. (1999) IEEE Trans Pattern Anal Mach Intell. 21(10):974. DOI : 10.1109/34.799905

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Lehky, SR, Sejnowski, TJ Voir le blanc : Qualia dans le contexte du décodage des codes de population. (1999) Calcul neuronal. 11 (6): 1261-80.

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Makeig, S., Westerfield, M., Townsend, J., Jung, TP, Courchesne, E., Sejnowski, TJ Composantes fonctionnellement indépendantes des potentiels liés aux événements précoces dans une tâche d'attention spatiale visuelle. (1999) Philos. Trans. R. Soc. Lond., B, Biol. Sci. 354(1387):1135-44. DOI : 10.1098/rstb.1999.0469

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L'attention visuelle spatiale module la première déviation négative du potentiel relatif à un événement (PRE) moyen humain en réponse à des stimuli visuels cibles et non cibles (le complexe N1). Nous démontrons ici une décomposition de N1 en sous-composantes fonctionnellement indépendantes ayant des relations fonctionnellement distinctes avec les conditions de la tâche et du stimulus. Les PRE ont été collectés auprès de 20 sujets en réponse à des stimuli visuels cibles et non cibles présentés à cinq emplacements d'écran, avec et sans surveillance. L'analyse en composantes indépendantes, une nouvelle méthode de séparation aveugle des sources, a été entraînée simultanément sur des réponses moyennes globales de 500 ms provenant des 25 conditions d'attention et a décomposé les complexes N1 non cibles en cinq composantes spatialement fixes, temporellement indépendantes et physiologiquement plausibles. L'activité d'une paire de composantes précoces, latéralement symétriques (N1aR et N1aL) a été évoquée par les stimuli du champ visuel gauche et droit, respectivement. La composante N1aR a atteint son pic environ 9 ms plus tôt que N1aL. Les stimuli centraux ont évoqué les deux composantes avec la même différence de latence maximale, produisant une distribution bilatérale du scalp. Les amplitudes de ces composantes n'étaient pas augmentées de manière fiable par l'attention spatiale. Les stimuli dans le champ visuel droit ont évoqué une activité dans une composante bilatérale se chevauchant spatio-temporellement (N1b) qui a atteint un pic à environ 180 ms et a été fortement renforcée par l'attention. Les stimuli présentés à des emplacements non surveillés ont évoqué une quatrième composante (P2a) avec un pic proche de 240 ms. Une cinquième composante (P3f) n'était évoquée que par des cibles présentées dans l'un ou l'autre champ visuel. Les schémas de réponse distincts de ces composantes dans l'ensemble des conditions de stimulus et d'attention suggèrent qu'ils reflètent l'activité de systèmes cérébraux fonctionnellement indépendants impliqués dans le traitement des événements visuospatiaux surveillés et non surveillés.

Zhang, K., Sejnowski, TJ Une théorie des contraintes géométriques sur l'activité neuronale pour le mouvement tridimensionnel naturel. (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. Composantes fonctionnellement indépendantes du potentiel lié à un événement positif tardif au cours de l'attention spatiale visuelle. (1999) Journal of Neuroscience. 19 (7): 2665-80.

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Les potentiels évoqués (PE) humains ont été enregistrés chez dix sujets, soumis à des stimuli visuels cibles et non cibles à cinq emplacements sur l'écran et répondant à des cibles présentées à l'un de ces emplacements. Les complexes de réponse positive tardive des formes d'onde moyennes de 10 à 25 PE des deux conditions de la tâche ont été analysés simultanément par analyse en composantes indépendantes, une nouvelle méthode de calcul permettant de séparer en aveugle des signaux linéairement mixtes. Trois composantes spatialement fixes, temporellement indépendantes, comportementalement pertinentes et physiologiquement plausibles ont été identifiées sans référence aux pics des formes d'onde monocanal. Une nouvelle composante frontopariétale (P75f) débutait à environ 3 ms et atteignait son maximum, chez les répondeurs plus rapides, au début de la commande motrice. La distribution du P140f sur le cuir chevelu semblait cohérente avec les régions cérébrales activées lors de l'orientation spatiale dans les expériences d'imagerie fonctionnelle. Une composante importante à latence plus longue (P3b), positive sur le cortex pariétal, était suivie d'une composante du potentiel postmoteur (Pmp) qui atteignait son maximum 3 ms après l'appui sur le bouton et inversait sa polarité près du sillon central. Une quatrième composante, associée à une positivité frontocentrale gauche non ciblée (Pnt), était évoquée principalement par des distracteurs de type cible présentés à l'endroit attendu. En l'absence de distracteurs, les réponses des cinq sujets à réponse rapide contenaient les composantes P200f les plus importantes et Pmp les plus faibles ; lorsque des distracteurs étaient inclus, une composante Pmp n'apparaissait que dans les réponses des cinq sujets à réponse plus lente. Les relations directes entre les amplitudes, les latences et les réponses comportementales des composantes, ainsi que les similitudes entre les distributions des composantes sur le cuir chevelu et les activations régionales rapportées dans les expériences d'imagerie cérébrale fonctionnelle, suggèrent que P3f, Pmp et Pnt mesurent l'évolution temporelle et l'intensité de processus cérébraux fonctionnellement distincts.

Bartlett, MS, Hager, JC, Ekman, P., Sejnowski, TJ Mesure des expressions faciales par analyse d'images par ordinateur. (1999) Psychophysiologie. 36 (2): 253-63.

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Bajenov, M., Timofeev, I., Steriade, M., Sejnowski, TJ Activité rythmique auto-entretenue dans le noyau réticulaire thalamique médiée par les potentiels dépolarisants des récepteurs GABAA. (1999) Nature Neuroscience. 2(2):168-74. DOI : 10.1038/5729

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Lee, TW, Girolami, M., Sejnowski, TJ Analyse des composants indépendants à l'aide d'un algorithme infomax étendu pour les sources mixtes sous-gaussiennes et supergaussiennes. (1999) Calcul neuronal. 11 (2): 417-41.

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Ernst, U., Pawelzik, K., Tsodyks, M., Sejnowski, TJ Relation entre les cartes rétinotopiques et d'orientation dans le cortex visuel. (1999) Calcul neuronal. 11 (2): 375-9.

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Zhang, K., Sejnowski, TJ Réglage neuronal : affiner ou élargir ? (1999) Calcul neuronal. 11 (1): 75-84.

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Destexhe, A., McCormick, DA, Sejnowski, TJ Mécanismes thalamiques et thalamocorticaux sous-jacents aux décharges de pointes et d'ondes de 3 Hz. (1999) Progrès dans la recherche sur le cerveau. 121: 289-307.

Pouget, A., Deneve, S., Sejnowski, TJ Cadres de référence dans l'héminégligence : une approche computationnelle. (1999) Progrès dans la recherche sur le cerveau. 121: 81-97.

McKeown, MJ, Sejnowski, TJ Analyse des composantes indépendantes des données IRMf : examen des hypothèses. (1998) Hum Brain Mapp. 6(5-6):368-72.

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McKeown, MJ, Humphries, C., Achermann, P., Borbély, AA, Sejnowski, TJ Une nouvelle méthode de détection des changements d'état dans l'EEG : application exploratoire aux données du sommeil. (1998) Journal de recherche sur le sommeil. 7 Supplément 1:48-56.

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Bartlett, MS, Sejnowski, TJ Apprentissage de représentations faciales invariantes selon le point de vue à partir de l'expérience visuelle dans un réseau d'attracteurs. (1998) Réseau. 9 (3): 399-417.

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Bajenov, M., Timofeev, I., Steriade, M., Sejnowski, TJ Modèles informatiques des réponses d'augmentation thalamocorticales. (1998) Journal of Neuroscience. 18 (16): 6444-65.

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La stimulation répétitive du thalamus dorsal à 7-14 Hz produit un nombre croissant de pics à une fréquence croissante dans les neurones néocorticaux lors des premiers stimuli. Les mécanismes possibles sous-jacents à ces réponses d'augmentation corticale ont été analysés à l'aide d'un modèle informatique incluant des populations de cellules thalamocorticales, des neurones réticulaires thalamiques, jusqu'à deux couches de cellules pyramidales corticales et des interneurones inhibiteurs corticaux. La stimulation thalamique répétitive a produit une augmentation intrathalamique de bas seuil dans le modèle, basée sur la désactivation du courant calcique de bas seuil dans les cellules thalamocorticales, ce qui a induit des réponses d'augmentation corticales. Dans le modèle cortical, les réponses d'augmentation étaient plus puissantes dans la couche « d'entrée » que dans la couche « de sortie ». La stimulation corticale du modèle de réseau a produit des réponses d'augmentation dans les neurones corticaux des zones corticales distantes via des boucles corticothalamocorticales et une augmentation intrathalamique de bas seuil. La stimulation thalamique s'est révélée plus efficace pour induire des réponses d'augmentation que la stimulation corticale. L'inhibition intracorticale a eu une influence importante sur la genèse des réponses d'augmentation dans les neurones corticaux : un changement d'équilibre entre l'excitation intracorticale et l'inhibition vers l'excitation a transformé les réponses d'augmentation en décharge paroxystique de longue durée. Les prédictions du modèle ont été comparées aux enregistrements in vivo de neurones de l'aire corticale 2 et du noyau ventrolatéral thalamique de chats anesthésiés. Les propriétés intrinsèques connues des cellules thalamiques et des interconnexions thalamocorticales peuvent expliquer les propriétés fondamentales des réponses d'augmentation corticales.

McKeown, MJ, Makeig, S., Brown, GG, Jung, TP, Kindermann, SS, Bell, AJ, Sejnowski, TJ Analyse des données IRMf par séparation aveugle en composantes spatiales indépendantes. (1998) Hum Brain Mapp. 6 (3): 160-88.

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Les techniques d'analyse actuelles appliquées aux données d'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) nécessitent une connaissance a priori ou des hypothèses spécifiques sur l'évolution temporelle des processus contribuant aux signaux mesurés. Nous décrivons ici une nouvelle méthode d'analyse des données IRMf basée sur l'algorithme d'analyse en composantes indépendantes (ACI) de Bell et Sejnowski ([1995] : Neural Comput 7 : 1129-1159). Nous avons décomposé huit ensembles de données IRMf provenant de quatre sujets normaux effectuant la dénomination des couleurs de Stroop, la tâche travail/nombre de Brown et Peterson et des tâches témoins en composantes spatialement indépendantes. Chaque composante était composée de valeurs de voxels à des emplacements tridimensionnels fixes (une « carte » de composantes) et d'une chronologie d'activation associée unique. À partir des données de 4 points temporels collectés au cours d'un essai de 144 minutes, l'ACI a extrait un nombre égal de composantes spatialement indépendantes. Dans les huit essais, l'ACI a dérivé une seule composante dont l'évolution temporelle correspondait étroitement à celle des alternances de 6 secondes entre les tâches expérimentales et témoins. Français Les régions d'activité maximale dans ces composantes constamment liées à la tâche chevauchaient généralement les régions actives détectées par l'analyse corrélationnelle standard, mais incluaient des régions frontales non détectées par corrélation. Les évolutions temporelles des autres composantes de l'ACI étaient transitoirement liées à la tâche, quasi-périodiques ou variaient lentement. En utilisant des statistiques d'ordre supérieur pour appliquer des critères de plus en plus stricts d'indépendance spatiale entre les cartes des composantes, l'algorithme de l'ACI et une technique de décomposition du quatrième ordre associée (Comon [40] : Signal Processing 1994:36-11) se sont avérés supérieurs à l'analyse en composantes principales (ACP) pour déterminer l'étendue spatiale et temporelle de l'activation liée à la tâche. Pour chaque sujet, les évolutions temporelles et les régions actives des composantes de l'ACI liées à la tâche étaient cohérentes entre les essais et étaient robustes à l'ajout de bruit simulé. Les artefacts de mouvement simulés et les activations simulées liées à la tâche ajoutés aux données IRMf réelles étaient clairement séparés par l'algorithme. L'ICA peut être utilisée pour distinguer les composantes de signaux non liées à la tâche, les mouvements et autres artefacts, ainsi que les activations IRMf liées à la tâche de manière constante ou transitoire, en se basant uniquement sur de faibles hypothèses concernant leur distribution spatiale et sans hypothèses a priori sur leur évolution temporelle. L'ICA semble être une méthode très prometteuse pour l'analyse des données IRMf issues de populations normales et cliniques, notamment pour découvrir des schémas transitoires imprévisibles d'activité cérébrale associés à l'exécution de tâches psychomotrices.

Lin, JK, Pawelzik, K., Ernst, U., Sejnowski, TJ Activité synchrone irrégulière dans les réseaux couplés stochastiquement de neurones à intégration et à déclenchement. (1998) Réseau. 9 (3): 333-44.

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Sejnowski, TJ Neurobiologie. Des mouvements fluides. (1998) Nature. 394(6695):725-6. DOI : 10.1038/29404

Bajenov, M., Timofeev, I., Steriade, M., Sejnowski, TJ Modèles cellulaires et de réseau pour les réponses d'augmentation intrathalamique lors d'une stimulation à 10 Hz. (1998) Journal of Neurophysiology. 79 (5): 2730-48.

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Gray, MS, Pouget, A., Zemel, RS, Nowlan, SJ, Sejnowski, TJ Estimation fiable des disparités grâce à l'intégration sélective. (1998) Neurosciences visuelles. 15 (3): 511-28.

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Moortgat, KT, Keller, CH, Bullock, TH, Sejnowski, TJ La précision du stimulateur cardiaque en dessous de la microseconde est modulée par le comportement : la voie électromotrice gymnotiforme. (1998) Actes de l'Académie nationale des sciences des États-Unis d'Amérique. 95 (8): 4684-9.

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Zhang, K., Ginzburg, I., McNaughton, BL, Sejnowski, TJ Interprétation de l'activité de la population neuronale par reconstruction : cadre unifié avec application aux cellules de localisation hippocampiques. (1998) Journal of Neurophysiology. 79 (2): 1017-1044.

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Des variables physiques telles que l'orientation d'une ligne dans le champ visuel ou la position du corps dans l'espace sont codées comme des niveaux d'activité dans des populations de neurones. La reconstruction, ou décodage, est un problème inverse dans lequel les variables physiques sont estimées à partir de l'activité neuronale observée. La reconstruction permet, d'une part, de quantifier la quantité d'informations sur les variables physiques présentes dans la population et, d'autre part, de comprendre comment le cerveau pourrait utiliser des représentations distribuées pour résoudre des problèmes informatiques connexes tels que la reconnaissance visuelle d'objets et la navigation spatiale. Deux classes de méthodes de reconstruction, à savoir les méthodes probabilistes ou bayésiennes et les méthodes des fonctions de base, sont présentées. Elles incluent des méthodes existantes importantes comme cas particuliers, telles que le codage vectoriel de population, l'estimation linéaire optimale et l'appariement de modèles. À titre d'exemple représentatif du problème de reconstruction, différentes méthodes ont été appliquées à des données de trains de pointes multi-électrodes provenant de cellules de lieu hippocampiques chez des rats en mouvement libre. La précision de la reconstruction des trajectoires des rats a été comparée pour les différentes méthodes. Les méthodes bayésiennes étaient particulièrement précises lorsqu'une contrainte de continuité était appliquée, et les meilleures erreurs se situaient dans un facteur deux de la limite théorique de la précision de toute reconstruction et étaient comparables aux erreurs expérimentales intrinsèques du suivi de position. De plus, l'analyse de reconstruction a révélé des aspects intéressants de l'activité des cellules de lieu, comme la tendance aux sauts erratiques de la trajectoire reconstruite lorsque l'animal s'arrêtait de courir. En général, les valeurs théoriques des erreurs de reconstruction minimales atteignables quantifient la précision du codage d'une variable physique dans la population neuronale au sens de l'erreur quadratique moyenne, quelle que soit la méthode utilisée pour lire l'information. Un résultat connexe est que la précision théorique est indépendante de la largeur de la fonction de réglage gaussienne uniquement en deux dimensions. Enfin, toutes les méthodes de reconstruction considérées dans cet article peuvent être implémentées par une architecture de réseau neuronal unifiée, que le cerveau pourrait utiliser pour résoudre des problèmes connexes.

McKeown, MJ, Jung, TP, Makeig, S., Brown, G., Kindermann, SS, Lee, TW, Sejnowski, TJ Modèles d'activité spatialement indépendants dans les données d'IRM fonctionnelle pendant la tâche de dénomination des couleurs Stroop. (1998) Actes de l'Académie nationale des sciences des États-Unis d'Amérique. 95 (3): 803-810.

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Une méthode est proposée pour déterminer l'évolution temporelle et l'étendue spatiale des activations constantes et transitoires liées à la tâche, issues d'autres composantes physiologiques et artéfactuelles contribuant aux enregistrements IRM fonctionnelle (IRMf). L'analyse en composantes indépendantes (ACI) a été utilisée pour analyser deux ensembles de données IRMf d'un sujet effectuant des essais de 6 minutes, composés de blocs de tâches Stroop de 40 secondes alternant entre la dénomination des couleurs et la tâche témoin. Chaque composante était constituée d'une distribution spatiale tridimensionnelle fixe des valeurs des voxels cérébraux (une « carte ») et d'une évolution temporelle d'activation associée. Pour chaque essai, l'algorithme a détecté, sans connaissance a priori de leur structure spatiale ou temporelle, une composante constante liée à la tâche activée pendant chaque bloc de tâches Stroop, ainsi que plusieurs composantes transitoires liées à la tâche, activées uniquement au début d'un ou deux blocs de tâches Stroop. Les schémas d'activation survenant pendant une partie seulement de l'essai IRMf ne sont pas observés avec d'autres techniques, car leur évolution temporelle est difficilement prévisible. Les autres composantes de l'ACI étaient liées aux pulsations physiologiques, aux mouvements de la tête ou au bruit des machines. En utilisant des statistiques d'ordre supérieur pour spécifier des critères plus stricts d'indépendance spatiale entre les cartes de composants, l'ICA a produit de meilleures estimations de l'étendue temporelle et spatiale de l'activation liée à la tâche dans nos données par rapport à l'analyse en composantes principales (ACP). L'ICA semble être un outil prometteur pour l'analyse exploratoire des données d'IRMf, en particulier lorsque les chronologies d'activation ne sont pas connues à l'avance.

Zemel, RS, Sejnowski, TJ Un modèle pour l'encodage de mouvements d'objets multiples et d'auto-mouvement dans la zone MST du cortex visuel des primates. (1998) Journal of Neuroscience. 18 (1): 531-547.

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Berns, GS, Sejnowski, TJ Un modèle de calcul de la façon dont les noyaux gris centraux produisent des séquences. (1998) Journal of Cognitive Neuroscience. 10 (1): 108-121.

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Nous proposons un modèle computationnel systémique des noyaux gris centraux, étroitement basé sur l'anatomie et la physiologie connues. Premièrement, nous supposons que les cibles thalamiques, qui relaient l'information ascendante aux aires corticales d'action et de planification, sont toniquement inhibées par les noyaux gris centraux. Deuxièmement, nous supposons que l'étage de sortie des noyaux gris centraux, le segment interne du globus pallidus (Gpi), sélectionne une action unique parmi plusieurs actions concurrentes via des interactions latérales. Troisièmement, nous proposons l'existence d'une forme de mémoire de travail locale sous la forme de connexions réciproques entre le globus pallidus externe (Gpe) et le noyau sous-thalamique (STN). Pour tester le modèle, le système a été entraîné à apprendre une séquence d'états nécessitant le contexte des actions précédentes. Le striatum, supposé représenter une conjonction d'états corticaux, a directement sélectionné l'action dans le GP pendant l'entraînement. Les forces de connexion STN-GP ont été modifiées par une règle d'apprentissage associatif et ont permis de coder la séquence après 20 à 40 itérations. Par la suite, le système a automatiquement reproduit la séquence lorsqu'il a été averti de la première action. Le comportement du modèle s'est avéré sensible au rapport entre le taux d'apprentissage striatal-nigral et le taux d'apprentissage STN-GP. De plus, le degré d'inhibition striatale du globus pallidus a eu une influence significative sur l'apprentissage et la capacité à sélectionner une action. De faibles taux d'apprentissage, supposés refléter de faibles niveaux de dopamine, comme dans la maladie de Parkinson, ont entraîné une lente acquisition des informations contextuelles. Cependant, cela pourrait être partiellement compensé par la modélisation d'une lésion du globus pallidus entraînant une augmentation du gain des unités STN. La sensibilité des paramètres du modèle est analysée dans le cadre des données comportementales et lésionnelles existantes.

Quartz, SR, Sejnowski, TJ Les bases neuronales du développement cognitif : un manifeste constructiviste. (1997) Sciences du comportement et du cerveau. 20(4):537-56; discussion 556-96.

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Comment les esprits émergent-ils du développement cérébral ? Selon le « constructivisme neuronal », les caractéristiques représentationnelles du cortex se construisent à partir de l'interaction dynamique entre les mécanismes de croissance neuronale et l'activité neuronale dérivée de l'environnement. Contrairement aux modèles sélectionnistes populaires qui mettent l'accent sur les mécanismes régressifs, les données neurobiologiques suggèrent que cette croissance correspond à une augmentation progressive des propriétés représentationnelles du cortex. L'interaction entre l'environnement et la croissance neuronale donne lieu à un apprentissage flexible : l'« apprentissage constructif » minimise le besoin de préspécification, conformément aux récentes données neurobiologiques selon lesquelles le cortex cérébral en développement est largement dépourvu de structure spécifique à un domaine. Au contraire, les propriétés représentationnelles du cortex sont construites par la nature du domaine problématique auquel il est confronté. Cette stratégie d'apprentissage unique, puissante et générale, remet en cause l'hypothèse centrale de la théorie classique de l'apprenabilité, selon laquelle les propriétés d'apprentissage d'un système peuvent être déduites d'une architecture informatique fixe. Le constructivisme neuronal suggère que l'émergence évolutive du néocortex chez les mammifères constitue une progression vers des structures représentationnelles plus flexibles, contrairement à la vision populaire selon laquelle l'évolution corticale se résume à une augmentation des circuits innés et spécialisés. Le développement cortical postnatal humain est également plus étendu et prolongé qu'on ne le suppose généralement, ce qui suggère que le cortex a évolué de manière à maximiser la capacité des structures environnementales à façonner sa structure et sa fonction par un apprentissage constructif.

Cloche, AJ, Sejnowski, TJ Les « composants indépendants » des scènes naturelles sont des filtres de bord. (1997) Recherche sur la vision. 37 (23): 3327-3338.

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Pouget, A., Sejnowski, TJ Une nouvelle vision de l'héminégligence basée sur les propriétés de réponse des neurones pariétaux. (1997) Philos. Trans. R. Soc. Lond., B, Biol. Sci. 352(1360):1449-1459. DOI : 10.1098/rstb.1997.0131

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Tang, AC, Bartels, AM, Sejnowski, TJ Effets de la modulation cholinergique sur les réponses des neurones néocorticaux aux entrées fluctuantes. (1997) Cortex cérébral. 7 (6): 502-509.

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Les neurones néocorticaux in vivo sont spontanément actifs et les enregistrements intracellulaires ont révélé de fortes fluctuations des potentiels membranaires résultant de l'arrivée irrégulière de potentiels synaptiques excitateurs et inhibiteurs. Outre ces fluctuations rapides, des influences plus lentes, dues à l'activation diffuse de systèmes neuromodulateurs, modifient l'excitabilité des neurones corticaux en modulant diverses conductances potassiques. En particulier, l'acétylcholine, qui affecte l'apprentissage et la mémoire, réduit l'alterhyperpolarisation lente, qui contribue à l'adaptation de la fréquence des pointes. Nous avons utilisé des enregistrements patch-clamp de cellules entières de neurones pyramidaux en coupes néocorticales et des simulations informatiques pour montrer, premièrement, que lorsque des entrées fluctuantes étaient ajoutées à une impulsion de courant constant, l'adaptation de la fréquence des pointes diminuait à mesure que l'amplitude des fluctuations augmentait. Les entrées fluctuantes à haute fréquence et à forte amplitude, similaires aux conditions in vivo, ne présentaient qu'une faible adaptation de la fréquence des pointes. Deuxièmement, l'application de carbachol, un agoniste cholinergique, dans un bain, a significativement augmenté la fréquence de décharge en réponse à une entrée fluctuante, mais a légèrement décalé les temps de pointe de moins de 3 ms, ce qui est comparable à la gigue des pointes observée lors de la répétition d'un stimulus visuel in vivo. Ces résultats suggèrent que la modulation cholinergique peut préserver l'information codée dans le timing précis des pointes, mais pas dans les intervalles interpointes, et que des mécanismes cholinergiques autres que ceux impliquant l'adaptation peuvent contribuer significativement à la modulation cholinergique de l'apprentissage et de la mémoire.

Makeig, S., Jung, TP, Bell, AJ, Ghahremani, D., Sejnowski, TJ Séparation aveugle des réponses cérébrales liées aux événements auditifs en composants indépendants. (1997) Actes de l'Académie nationale des sciences des États-Unis d'Amérique. 94 (20): 10979-10984.

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Les données moyennes de potentiel relatif à un événement (PEA) enregistrées sur le cuir chevelu humain révèlent une activité électroencéphalographique (EEG) synchronisée de manière fiable dans le temps et en phase avec les événements expérimentaux. Nous présentons ici l'application d'une méthode basée sur la théorie de l'information qui décompose un ou plusieurs PEA enregistrés sur plusieurs capteurs du cuir chevelu en une somme de composantes présentant des distributions fixes et des chronologies faiblement activées et maximalement indépendantes. L'analyse en composantes indépendantes (ACI) décompose les données de PEA en un nombre de composantes égal au nombre de capteurs. Les composantes dérivées présentent des projections distinctes, mais pas nécessairement orthogonales, du cuir chevelu. Contrairement aux méthodes d'ajustement dipolaire, l'algorithme ne modélise pas la localisation de leurs générateurs dans la tête. Contrairement aux méthodes qui suppriment les corrélations de second ordre, comme l'analyse en composantes principales (ACP), l'ACI minimise également les dépendances d'ordre supérieur. Appliqué aux ERP de cibles détectées et non détectées issues d'une expérience de vigilance auditive, l'algorithme a dérivé dix composantes décomposant chacun des pics de réponse majeurs en une ou plusieurs composantes ICA présentant des distributions scalpelles relativement simples. Trois de ces composantes n'étaient actives que lorsque le sujet détectait les cibles, trois autres uniquement lorsque la cible restait non détectée, et une seule dans les deux cas. Trois composantes supplémentaires représentaient la réponse cérébrale à l'état stationnaire à un train de clics de fond à 39 Hz. Les principales caractéristiques de la décomposition se sont avérées robustes d'une session à l'autre et malgré les variations du nombre et de l'emplacement des capteurs. Cette méthode d'analyse des ERP permet de comparer les réponses de multiples stimuli, conditions de tâche et états du sujet.

Ritz, R., Sejnowski, TJ Activité oscillatoire synchrone dans les systèmes sensoriels : nouvelles perspectives sur les mécanismes. (1997) Opinion actuelle en neurobiologie. 7 (4): 536-546.

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Spitzer, Caroline du Nord, Sejnowski, TJ Traitement de l'information biologique : quelques progrès. (1997) Science. 277 (5329): 1060-1061.

Tsodyks, MV, Skaggs, WE, Sejnowski, TJ, McNaughton, BL Effets paradoxaux de la modulation externe des interneurones inhibiteurs. (1997) Journal of Neuroscience. 17 (11): 4382-4388.

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Murthy, VN, Sejnowski, TJ, Stevens, CF Propriétés de libération hétérogènes des synapses hippocampiques individuelles visualisées. (1997) Neuron. 18 (4): 599-612.

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Pouget, A., Sejnowski, TJ Transformations spatiales dans le cortex pariétal à l'aide de fonctions de base. (1997) Journal of Cognitive Neuroscience. 9(2):222-237. DOI : 10.1162/jocn.1997.9.2.222

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Contreras, D., Destexhe, A., Sejnowski, TJ, Stériade, M. Modèles spatio-temporels des oscillations du fuseau dans le cortex et le thalamus. (1997) Journal of Neuroscience. 17 (3): 1179-1196.

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Les oscillations du fuseau (7-14 Hz) apparaissent dans le thalamus et le cortex pendant les premiers stades du sommeil. Elles sont générées par la combinaison des propriétés intrinsèques et des schémas de connectivité des neurones thalamiques et distribuées aux territoires corticaux par les axones thalamocorticaux. La rétroaction corticothalamique est un facteur majeur dans la production de cartes spatio-temporelles cohérentes des oscillations du fuseau dans les territoires thalamiques étendus. Nous avons étudié ici les schémas spatio-temporels des fuseaux survenant spontanément et évoqués au moyen d'enregistrements multisites de potentiel de champ et d'unités chez des animaux intacts et décortiqués. Nous montrons que (1) les oscillations spontanées du fuseau sont synchronisées sur de larges zones corticales pendant le sommeil naturel et l'anesthésie aux barbituriques ; (2) sous anesthésie aux barbituriques, la cohérence corticale n'est pas perturbée par la section des liaisons synaptiques intracorticales ; (3) chez les animaux à cortex intact, les séquences spontanées du fuseau barbiturique se produisent presque simultanément sur de vastes territoires thalamiques ; (4) en l'absence de cortex, les oscillations spontanées du fuseau dans tout le thalamus sont moins organisées, mais la cohérence locale (dans les 2-4 mm) est toujours maintenue ; et (5) la propagation du fuseau est observée chez les animaux à cortex intact uniquement lorsqu'elle est provoquée par une stimulation corticale de faible intensité, appliquée peu de temps avant le début d'une séquence de fuseau spontanée ; les vitesses de propagation sont comprises entre 1 et 3 mm/sec, mesurées dans l'axe antéropostérieur du thalamus ; l'augmentation de l'intensité de la stimulation corticale déclenche des oscillations du fuseau, qui commencent simultanément dans toutes les dérivations. Nous proposons que, in vivo, la cohérence des oscillations spontanées du fuseau dans les réseaux corticothalamiques est attribuable à l'action combinée d'une entrée corticothalamique de fond continue initiant des séquences de fuseau dans plusieurs sites thalamiques en même temps et d'une connectivité corticothalamique et intrathalamique divergente.

Sejnowski, TJ L'année de la dendrite. (1997) Science. 275 (5297): 178-179.

Jung, TP, Makeig, S., Stensmo, M., Sejnowski, TJ Estimation de la vigilance à partir du spectre de puissance 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, Stériade, M. Contrôle de la cohérence spatio-temporelle d'une oscillation thalamique par rétroaction corticothalamique. (1996) Science. 274 (5288): 771-774.

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Destexhe, A., Bal, T., McCormick, DA, Sejnowski, TJ Mécanismes ioniques sous-jacents aux oscillations synchronisées et aux ondes de propagation dans un modèle de tranches thalamiques de furet. (1996) Journal of Neurophysiology. 76 (3): 2049-2070.

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1. Un modèle de réseau de neurones thalamocorticaux (TC) et réticulaires thalamiques (RE) a été développé sur la base de mesures électrophysiologiques dans des tranches thalamiques de furet. Les cellules TC et RE à compartiment unique comprenaient des courants sensibles à la tension et au calcium décrits par la cinétique de type Hodgkin-Huxley. Les courants synaptiques ont été modélisés par des modèles cinétiques des récepteurs de l'acide alpha-amino-3-hydroxy-5-méthyl-4-isoxazolepropionique (AMPA), de l'acide gamma-aminobutyrique-A (GABAA) et du GABAB. 2. Le modèle a reproduit avec succès les caractéristiques des oscillations lentes et du fuseau induites par la bicuculline observées in vitro. Les caractéristiques de ces deux types d’oscillations dépendent à la fois des propriétés intrinsèques des cellules TC et RE et de leur modèle d’interconnectivité. 3. Les oscillations ont été organisées par le recrutement réciproque entre les cellules TC et RE, en raison de leur connectivité manuelle et de leurs propriétés d'éclatement. Les cellules TC ont provoqué des potentiels postsynaptiques excitateurs (EPSP) médiés par AMPA dans les cellules RE, tandis que les cellules RE ont provoqué un mélange de potentiels postsynaptiques inhibiteurs (IPSP) GABAA et GABAB dans les cellules TC. En raison de la présence d'un courant T, des EPSP suffisamment forts pourraient provoquer une explosion dans les cellules RE, et les cellules TC pourraient générer une explosion de rebond après des IPSP GABAergiques. Dans ces conditions, l’interaction entre les cellules TC et RE a produit des oscillations soutenues. 4. En l’absence d’oscillation spontanée dans aucune cellule, le réseau TC-RE est resté inactif. Les oscillations du fuseau avec une fréquence de 9 à 11 Hz pourraient être initiées par la stimulation des neurones TC ou RE. Quelques neurones TC oscillant spontanément ont recruté l'ensemble du modèle de réseau dans une oscillation « croissante et décroissante ». Ces cellules « initiatrices » pourraient représenter une proportion extrêmement faible de cellules TC. 5. Dans les enregistrements intracellulaires, les cellules TC présentent une capacité réduite à déclencher des rafales après une séquence de rafales. La phase de « déclin » des fuseaux a été reproduite dans le modèle de réseau en supposant une régulation positive dépendante de l'activité de Ih fonctionnant via une protéine de liaison au calcium dans les cellules TC, comme indiqué précédemment dans un modèle à deux cellules. 6. Suite à la suppression globale de l'inhibition de GABAA, les cellules RE désinhibées ont produit des décharges prolongées qui ont provoqué de forts courants médiés par GABAB dans les cellules TC. L'amélioration des IPSP lents dans les cellules TC était également due à la coopérativité dans l'activation du courant médié par GABAB. Ces IPSP lents ont recruté des cellules TC et RE dans des oscillations croissantes et décroissantes plus lentes (3-4 Hz) qui étaient encore plus hautement synchronisées. 7. L'arborisation axonale locale des projections TC vers RE et RE vers TC a permis aux oscillations de se propager à travers le réseau. Une oscillation commençant à un seul foyer a induit un front d'onde se propageant à mesure que davantage de cellules étaient recrutées progressivement. Le déclin de l'oscillation s'est également propagé en raison de la régulation positive de Ih dans les cellules TC, conduisant à des vagues d'activité du fuseau comme observé dans les expériences. 8. Les propriétés spatiotemporelles des ondes se propageant dans le modèle dépendaient fortement des propriétés intrinsèques des cellules TC. Le modèle spatial de l'activité de pointe était nettement différent pour les fuseaux par rapport aux oscillations induites par la bicuculline et dépendait du comportement de rebond des cellules TC. La régulation positive de Ih a produit une période réfractaire de sorte que les ondes de fuseau en collision ont fusionné en une seule oscillation et se sont éteintes. Enfin, la réduction de la conductance Ih a conduit à des oscillations soutenues. 9. Deux propriétés clés des cellules du réseau thalamique peuvent expliquer l'initiation, la propagation et la fin des oscillations du fuseau, la régulation positive dépendante de l'activité de Ih dans les cellules TC et les projections axonales localisées entre les cellules TC et RE. De plus, le modèle prédit qu'une dépendance non linéaire des réponses GABAB au stimulus explique la genèse de décharges synchronisées prolongées suite au blocage des récepteurs GABAA.

Sejnowski, TJ Les synapses deviennent plus intelligentes. (1996) Nature. 382(6594):759-760. DOI: 10.1038/382759a0

Prank, K., Kloppstech, M., Nowlan, SJ, Sejnowski, TJ, Brabant, G. Sécrétion aléatoire d'hormone de croissance chez l'homme. (1996) Phys. Rév. Lett. 77(9):1909-1911. DOI : 10.1103/PhysRevLett.77.1909

Mainen, ZF, Sejnowski, TJ Influence de la structure dendritique sur le modèle de tir dans les neurones néocorticaux modèles. (1996) Nature. 382(6589):363-366. DOI: 10.1038/382363a0

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Prank, K., Kloppstech, M., Nowlan, SJ, Sejnowski, TJ, Brabant, G. Segmentation auto-organisée des séries temporelles : séparation de la sécrétion d'hormone de croissance dans l'acromégalie des témoins normaux. (1996) Journal biophysique. 70(6):2540-2547. DOI: 10.1016/S0006-3495(96)79825-9

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Tsodyks, MV, Skaggs, WE, Sejnowski, TJ, McNaughton, BL Dynamique de population et précession de phase du rythme thêta de la décharge des cellules de lieu hippocampiques : un modèle de neurone à pointes. (1996) Hippocampe 6(3):271-280. DOI: 10.1002/(SICI)1098-1063(1996)6:3<271::AID-HIPO5

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Cloche, AJ, Sejnowski, TJ Apprendre la structure d’ordre supérieur d’un son naturel. (1996) Réseau. 7(2):261-267. DOI: 10.1088/0954-898X/7/2/005

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Montague, PR, Dayan, P., Sejnowski, TJ Un cadre pour les systèmes dopaminergiques mésencéphaliques basé sur l'apprentissage prédictif de Hebbian. (1996) Journal of Neuroscience. 16 (5): 1936-1947.

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Lytton, WW, Destexhe, A., Sejnowski, TJ Contrôle des oscillations lentes dans le neurone thalamocortical : un modèle informatique. (1996) Neuroscience. 70 (3): 673-684.

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Nous avons étudié des modèles informatiques d'un neurone thalamocortical unique afin d'évaluer l'interaction des canaux intrinsèques sensibles au voltage et de l'entrée synaptique corticale dans la production de la gamme de fréquences d'oscillation observée dans ces cellules in vivo. Un modèle morphologiquement détaillé avec des canaux ioniques de type Hodgkin-Huxley a démontré que les propriétés intrinsèques seraient suffisantes pour produire facilement des oscillations de 3 à 6 Hz. L'hyperpolarisation de la cellule modèle a réduit sa fréquence d'oscillation de manière monotone, que ce soit par injection de courant ou par modulation d'une conductance potassique, simulant ainsi la réponse à une entrée neuromodulatrice. Nous avons effectué une analyse détaillée de modèles hautement réduits afin de déterminer le mécanisme de ce contrôle de fréquence. L'intervalle inter-salves était contrôlé par deux mécanismes différents selon la présence ou non du courant stimulateur cardiaque (IH). En l'absence d'IH, la dépolarisation pendant l'intervalle inter-salves se produisait au même rythme avec différentes injections de courant. La différence de voltage entre le nadir et le seuil pour le courant calcique à bas seuil (IT) déterminait l'intervalle inter-salves. En revanche, en présence d'IH, le taux de dépolarisation dépendait du courant injecté. Avec le modèle complet, les entrées synaptiques corticales répétitives simulées ont entraîné des oscillations jusqu'à environ le double de la fréquence naturelle. Les entrées corticales ont également facilement produit une réinitialisation de phase. Nos résultats suggèrent que ni le contrôle ascendant du tronc cérébral modifiant l'hyperpolarisation sous-jacente, ni la commande descendante par des entrées corticales répétitives, ne suffiraient à eux seuls à produire la gamme de fréquences d'oscillation observée dans les neurones thalamocorticaux. Au contraire, les mécanismes neuronaux intrinsèques domineraient pour générer les oscillations delta (0.5-4 Hz) observées pendant le sommeil lent profond, tandis que les interactions synaptiques avec le cortex et le noyau réticulaire thalamique seraient nécessaires pour des oscillations plus rapides dans la gamme de fréquences du fuseau (7-14 Hz).

Destexhe, A., Contreras, D., Steriade, M., Sejnowski, TJ, Huguenard, JR Analyse in vivo, in vitro et informatique des courants calciques dendritiques dans les neurones réticulaires thalamiques. (1996) Journal of Neuroscience. 16 (1): 169-185.

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Les neurones réticulaires thalamiques (RE) sont impliqués dans la genèse des oscillations thalamocorticales synchronisées, qui dépendent en partie de leurs propriétés de salves complexes. Nous avons étudié les propriétés intrinsèques des cellules RE à l'aide de modèles informatiques basés sur des données morphologiques et électrophysiologiques. Les simulations de cellules RE reconstruites ont été comparées directement aux enregistrements de la même cellule afin d'obtenir des valeurs précises des paramètres passifs. Dans une première série d'expériences, le courant calcique à bas seuil (I(Ts)) a été étudié par voltage-clamp dans des cellules RE fortement dissociées, dépourvues de la plupart de leurs dendrites. Des simulations basées sur une cellule à dendrites tronquées et une cinétique de Hodgkin-Huxley ont reproduit ces enregistrements avec une densité de I(Ts) relativement faible. Dans une seconde série d'expériences, les enregistrements voltage-clamp obtenus dans des cellules RE intactes en coupes ont montré une amplitude plus élevée et une cinétique de I(Ts) plus lente. Ces propriétés ont pu être reproduites à partir du modèle cellulaire reconstruit en supposant des densités plus élevées d'I(T) dans les dendrites distales. Dans une troisième série d'expériences, des enregistrements en régime de courant imposé ont été obtenus sur des cellules RE in vivo. Les différences marquées avec les enregistrements in vitro ont pu être conciliées en simulant un bombardement synaptique dans les dendrites des cellules RE, mais seulement si elles contenaient de fortes densités distales d'I(T). De plus, des modèles plus simples, comportant seulement trois compartiments, pourraient reproduire le même comportement en supposant des I(T) dendritiques. Ces modèles et expériences montrent comment les propriétés d'éclatement intrinsèques des cellules RE, enregistrées in vivo et in vitro, peuvent s'expliquer par les courants calciques dendritiques.

Mainen, ZF, Joerges, J., Huguenard, JR, Sejnowski, TJ Un modèle d'initiation de pics dans les neurones pyramidaux néocorticaux. (1995) Neuron. 15 (6): 1427-1439.

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Gray, MS, Lawrence, DT, Golomb, BA, Sejnowski, TJ Un perceptron révèle le visage du sexe. (1995) Calcul neuronal. 7 (6): 1160-1164.

Cloche, AJ, Sejnowski, TJ Une approche de maximisation de l'information pour la séparation aveugle et la déconvolution aveugle. (1995) Calcul neuronal. 7 (6): 1129-1159.

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Destexhe, A., Sejnowski, TJ La cinétique d'activation de la protéine G et le débordement de l'acide gamma-aminobutyrique peuvent expliquer les différences entre les réponses inhibitrices dans l'hippocampe et le thalamus. (1995) Actes de l'Académie nationale des sciences des États-Unis d'Amérique. 92 (21): 9515-9519.

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Montague, PR, Dayan, P., Person, C., Sejnowski, TJ Butinage des abeilles dans des environnements incertains à l'aide de l'apprentissage prédictif hebbien. (1995) Nature. 377(6551):725-728. DOI: 10.1038/377725a0

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Sejnowski, TJ Réseaux neuronaux. Sommeil et mémoire. (1995) Biologie actuelle. 5 (8): 832-834.

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Sejnowski, TJ Reconnaissance des formes. Un nouveau code neuronal est-il nécessaire ? (1995) Nature. 376(6535):21-22. DOI: 10.1038/376021a0

Mainen, ZF, Sejnowski, TJ Fiabilité du timing des pics dans les neurones néocorticaux. (1995) Science. 268 (5216): 1503-1506.

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Prank, K., Nowlan, SJ, Harms, HM, Kloppstech, M., Brabant, G., Hesch, RD, Sejnowski, TJ Prédiction des concentrations plasmatiques d'hormones par des séries chronologiques. Preuves de différences de prévisibilité de la sécrétion d'hormone parathyroïdienne entre les patients ostéoporotiques et les témoins normaux. (1995) Journal d'investigation clinique. 95(6):2910-2919. DOI : 10.1172/JCI117998

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du Lac, S., Raymond, JL, Sejnowski, TJ, Lisberger, SG Apprentissage et mémoire dans le réflexe vestibulo-oculaire. (1995) Examen annuel des neurosciences. 18 : 409-441. DOI : 10.1146/annurev.ne.18.030195.002205

Bouffon, JM, Campbell, LW, Sejnowski, TJ Potentialisation associative des pics EPSP induite par l'association d'une stimulation orthodromique et antidromique dans des tranches d'hippocampe de rat. (1995) Journal de physiologie. 484 (Pt 3:689-705.

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1. L'association d'une stimulation orthodromique basse fréquence à un conditionnement antidromique haute fréquence de cellules pyramidales de la zone CA1 de l'hippocampe du rat a entraîné une potentialisation durable du pic de population extracellulaire des cellules, sans augmentation concomitante du potentiel postsynaptique excitateur extracellulaire (PPSE), indiquant une augmentation du couplage PPSE-pic (PE), également appelé potentialisation du PE. 2. L'amplitude de la potentialisation du PE conditionnée de manière antidromique a mis jusqu'à 60 minutes pour atteindre son pic, soit beaucoup plus longtemps que la potentialisation synaptique à long terme (PLT) induite par une stimulation tétanique orthodromique. 3. L'amplitude du pic de population d'une entrée orthodromique témoin, qui a stimulé un ensemble distinct de fibres et qui était inactive pendant l'appariement, a également augmenté dans plus de la moitié des tranches testées. Le fait qu'elle puisse affecter une voie silencieuse suggère que la potentialisation du PE conditionnée de manière antidromique n'est pas générée localement au niveau des synapses tétanisées. 4. L'application dans un bain de 50 µM d'acide D,L-2-amino-5-phosphonovalérique (AP5) a bloqué l'induction de la potentialisation des ES conditionnée de manière antidromique. Après lavage de l'AP5, la même stimulation a entraîné une augmentation des pics de population. Ceci suggère que l'activation du sous-type NMDA du récepteur du glutamate est nécessaire à l'induction de cette forme de potentialisation des ES. 5. L'application de 10 µM de picrotoxine et/ou 10 µM de bicuculline, qui bloquent l'inhibition médiée par les récepteurs de l'acide gamma-aminobutyrique A (GABAA), n'a pas réduit la potentialisation des ES conditionnée de manière antidromique. Ainsi, la plasticité de l'inhibition médiée par le GABAA ne peut expliquer l'augmentation de l'amplitude des pics de population. 6. La potentialisation des ES n'a pas augmenté l'amplitude des PPSE extracellulaires ou intracellulaires enregistrés au niveau du corps cellulaire.

Nowlan, SJ, Sejnowski, TJ Un modèle de sélection pour le traitement du mouvement dans la zone MT des primates. (1995) Journal of Neuroscience. 15 (2): 1195-1214.

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Destexhe, A., Contreras, D., Sejnowski, TJ, Stériade, M. Modélisation du contrôle des oscillations réticulaires thalamiques par les neuromodulateurs. (1994) Neuroreport. 5 (17): 2217-2220.

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Destexhe, A., Mainen, ZF, Sejnowski, TJ Synthèse de modèles de membranes excitables, de transmission synaptique et de neuromodulation utilisant un formalisme cinétique commun. (1994) Journal des neurosciences computationnelles. 1 (3): 195-230.

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Destexhe, A., Contreras, D., Sejnowski, TJ, Stériade, M. Un modèle de rythmicité du fuseau dans le noyau réticulaire thalamique isolé. (1994) Journal of Neurophysiology. 72 (2): 803-818.

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1. Les propriétés oscillatoires du thalamus réticulaire (RE) isolé ont été modélisées à l'aide de modèles compartimentaux de cellules RE. Des modèles cinétiques de type Hodgkin-Huxley des canaux ioniques ont été dérivés de données de voltage-clamp et de courant imposé des cellules RE. Les interactions entre les cellules RE interconnectées ont été simulées à l'aide d'un modèle cinétique de synapses inhibitrices de l'acide gamma-aminobutyrique (GABA). 2. Les propriétés d'éclatement intrinsèques des cellules RE dans le modèle étaient dues à la présence d'un courant Ca2+ à bas seuil et de deux courants activés par le Ca(2+). Les propriétés de ces cellules RE modèles ont été comparées à celles des neurones RE enregistrés intracellulairement in vivo chez le chat. 3. Les cellules RE modèles densément interconnectées avec des synapses GABAA produisaient des oscillations synchrones à une fréquence proche de celle des fuseaux (7-14 Hz). Français Les réseaux de neurones RE organisés en un réseau bidimensionnel avec seulement une connectivité proximale présentaient également des oscillations synchronisées dans la gamme du fuseau. De plus, le réseau connecté proximal présentait des périodes de synchronicité élevée et faible, donnant lieu à des oscillations croissantes et décroissantes dans la population de cellules RE. 4. Le comportement spatio-temporel du réseau a été étudié pendant les oscillations croissantes et décroissantes. La croissance et la décroissance sont apparues comme une alternance entre des périodes d'activité désynchronisée et synchronisée, correspondant à des périodes d'activité spatiale irrégulière et cohérente. Pendant les périodes synchronisées, le réseau présentait des ondes cohérentes se propageant d'activité synchrone qui avaient tendance à former des spirales. 5. Les réseaux de neurones RE modèles entièrement connectés par des synapses GABAB présentaient des oscillations parfaitement synchrones à des fréquences plus basses (0.5-1 Hz), mais les réseaux bidimensionnels avec une connectivité GABAB proximale ne parvenaient pas à se synchroniser. 6. Ces simulations démontrent que des réseaux de neurones modèles, intégrant les principaux courants intrinsèques des cellules RE, peuvent générer une activité oscillatoire croissante et décroissante similaire à la rythmicité du fuseau observée dans le noyau RE isolé in vivo. Le modèle révèle l'interaction entre les propriétés rythmiques intrinsèques des cellules RE et les interactions synaptiques rapides dans l'organisation de la rythmicité synchronisée.

Bush, PC, Sejnowski, TJ Effets de l'inhibition et de la saturation dendritique dans les cellules pyramidales néocorticales simulées. (1994) Journal of Neurophysiology. 71 (6): 2183-2193.

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Français 1. Nous avons utilisé des modèles compartimentaux de neurones pyramidaux reconstruits des couches 2 et 5 du cortex visuel du chat pour étudier la sommation non linéaire des entrées synaptiques excitatrices et l'efficacité des entrées inhibitrices pour contrer cette excitation. 2. Dans des simulations correspondant aux conditions d'une expérience récente, la saturation dendritique était significative pour les niveaux physiologiques d'activation synaptique : un potentiel postsynaptique excitateur (PPSE) composé évoqué électriquement pendant une dépolarisation causée par une activation synaptique physiologique était diminué jusqu'à 80 % par rapport à un PPSE évoqué au repos. 3. L'inhibition synaptique doit être coactivée avec l'excitation pour correspondre quantitativement aux résultats expérimentaux. La coactivation de l'inhibition avec l'excitation observée expérimentalement a produit des shunts de courant supplémentaires qui ont amplifié la diminution de l'amplitude du PPSE test. Environ 30 % de la diminution de l'amplitude du PPSE observée expérimentalement était due à une diminution de la résistance d'entrée (Rin) due à des changements de conductance synaptique ; une force motrice réduite a été responsable de la diminution restante. 4. Le degré d'inhibition a ensuite été augmenté de près d'un ordre de grandeur, jusqu'à environ 10 % du nombre total de synapses inhibitrices sur une cellule pyramidale corticale typique. Le déclenchement soutenu de ces nombreuses entrées inhibitrices était suffisant pour supprimer complètement le déclenchement d'un neurone recevant une forte entrée excitatrice. Cependant, ce niveau d'inhibition a produit une très grande réduction de Rin. De telles réductions importantes de Rin n'ont pas été observées expérimentalement, ce qui suggère que l'inhibition dans le cortex n'agit pas pour veto (shunter) une entrée excitatrice forte et soutenue (de l'ordre de 100 ms). 5. Nous proposons plutôt qu'une activation forte et transitoire (< 10 ms) des entrées inhibitrices d'un neurone, suffisante pour empêcher brièvement le déclenchement, est utilisée pour façonner la structure temporelle du train de pics de sortie de la cellule. Plus précisément, l'inhibition corticale peut servir à synchroniser le déclenchement de groupes de cellules pyramidales pendant une stimulation optimale.

Pouget, A., Sejnowski, TJ Un modèle neuronal de la représentation corticale de la distance égocentrique. (1994) Cortex cérébral. 4 (3): 314-329.

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Montague, RP, Sejnowski, TJ Le cerveau prédictif : coïncidence temporelle et ordre temporel dans les mécanismes d'apprentissage synaptique. (1994) Apprentissage et mémoire. 1 (1): 1-33.

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Destexhe, A., McCormick, DA, Sejnowski, TJ Un modèle de fuseau à 8-10 Hz dans les neurones relais thalamiques et réticulaires interconnectés. (1993) Journal biophysique. 65(6):2473-2477. DOI: 10.1016/S0006-3495(93)81297-9

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Steriade, M., McCormick, DA, Sejnowski, TJ Oscillations thalamocorticales dans le cerveau endormi et éveillé. (1993) Science. 262 (5134): 679-685.

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Destexhe, A., Babloyantz, A., Sejnowski, TJ Mécanismes ioniques des oscillations lentes intrinsèques dans les neurones relais thalamiques. (1993) Journal biophysique. 65(4):1538-1552. DOI: 10.1016/S0006-3495(93)81190-1

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Berns, GS, Dayan, P., Sejnowski, TJ Un modèle corrélationnel pour le développement de la sélectivité de disparité dans le cortex visuel qui dépend des phases prénatales et postnatales. (1993) Actes de l'Académie nationale des sciences des États-Unis d'Amérique. 90 (17): 8277-8781.

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Lockery, SR, Sejnowski, TJ La sangsue informatique. (1993) Tendances en neurosciences. 16 (7): 283-290.

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Lockery, SR, Sejnowski, TJ Une limite inférieure sur la détectabilité de l'apprentissage non associatif dans le réflexe de flexion local de la sangsue médicinale. (1993) Comportement Neural Biol. 59 (3): 208-224.

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Pouget, A., Fisher, SA, Sejnowski, TJ Représentation égocentrique des rejetons dans la vision précoce. (1993) Journal of Cognitive Neuroscience. 5(2):150-161. DOI : 10.1162/jocn.1993.5.2.150

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Bush, PC, Sejnowski, TJ Modèles compartimentaux réduits de cellules pyramidales néocorticales. (1993) Journal des méthodes en neurosciences. 46 (2): 159-166.

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Lisberger, SG, Sejnowski, TJ Apprentissage moteur dans un modèle de réseau récurrent basé sur le réflexe vestibulo-oculaire. (1992) Nature. 360(6400):159-161. DOI: 10.1038/360159a0

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Lockery, SR, Sejnowski, TJ Traitement distribué des informations sensorielles chez la sangsue. III. Un modèle de réseau neuronal dynamique du réflexe de flexion local. (1992) Journal of Neuroscience. 12 (10): 3877-3895.

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La sous-population d'interneurones identifiés dans le réflexe de flexion local reçoit de multiples entrées des mécanorécepteurs dorsaux et ventraux et a des sorties vers les motoneurones dorsaux et ventraux. Leurs connexions suggèrent un mécanisme de traitement distribué dans lequel le retrait des stimuli dorsaux, ventraux ou latéraux est contrôlé par une population unique d'environ 40 interneurones multifonctionnels. Cependant, il n'est pas certain que des interneurones supplémentaires dédiés à des entrées particulières soient nécessaires pour expliquer chaque type de flexion. Nous avons donc cherché à construire un modèle reproduisant tous les comportements sans interneurones dédiés. Les interneurones du modèle ont été contraints de recevoir à la fois des entrées dorsales et ventrales. L'intensité des connexions a été ajustée par optimisation par descente de gradient jusqu'à ce que le modèle reproduise l'amplitude et l'évolution temporelle des potentiels synaptiques des motoneurones dans les enregistrements intracellulaires de la réponse à de nombreux stimuli différents. Après optimisation, la similarité entre le modèle et les interneurones identifiés a montré que des interneurones supplémentaires dédiés ne sont pas nécessaires pour produire toutes les formes du comportement. L'optimisation réussie de réseaux comportant beaucoup moins d'interneurones a montré que le réseau de 40 interneurones est redondant, ce qui suggère que les interneurones pourraient avoir des fonctions supplémentaires. Enfin, l'optimisation de réseaux avec des contraintes supplémentaires a permis d'obtenir de meilleures correspondances avec certains interneurones identifiés et a montré qu'une courbure locale peut être produite par deux populations d'interneurones : l'une avec des sorties compatibles avec une courbure dorsale, l'autre avec une courbure ventrale. Cela suggère un modèle simple dans lequel deux principaux types d'interneurones produisent de nombreux comportements différents et prédit le type d'interneurone restant à identifier.

Lehky, SR, Sejnowski, TJ, Desimone, R. Prédire les réponses des neurones non linéaires du cortex strié du singe à des modèles complexes. (1992) Journal of Neuroscience. 12 (9): 3568-3581.

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L'écrasante majorité des neurones du cortex visuel des primates sont non linéaires. Pour ces cellules, les techniques d'analyse des systèmes linéaires, utilisées avec un certain succès pour modéliser les cellules ganglionnaires rétiniennes et les cellules striées simples, sont d'une applicabilité limitée. Pour commencer à comprendre les propriétés des neurones visuels non linéaires, nous avons enregistré les réponses des cellules striées complexes à des centaines d'images, comprenant à la fois des stimuli simples (barres et sinusoïdes) et complexes (textures aléatoires et surfaces ombrées 3D). Ces derniers tendaient à donner la réponse la plus forte. Nous avons créé un modèle de réseau neuronal pour chaque neurone à l'aide d'un algorithme d'optimisation itératif. Les réponses enregistrées à certains schémas de stimulation (ensemble d'apprentissage) ont été utilisées pour créer le modèle, tandis que les réponses à d'autres schémas ont été réservées aux tests des réseaux. Les réseaux ont prédit les réponses enregistrées aux schémas de l'ensemble d'apprentissage avec une corrélation médiane de 0.95. Ils ont pu prédire les réponses à des stimuli tests ne faisant pas partie de l'ensemble d'entraînement avec une corrélation globale de 0.78 et de 0.65 pour les stimuli complexes pris isolément. Ils ont ainsi pu capturer une grande partie de la fonction de transfert entrée/sortie des neurones, même pour des schémas complexes. En examinant la force des connexions au sein de chaque réseau, différentes parties du réseau semblaient traiter l'information à différentes échelles spatiales. Pour approfondir leurs connaissances, les modèles de réseau ont été inversés afin de construire des stimuli « optimaux » pour chaque cellule, et leurs champs récepteurs ont été cartographiés à l'aide de points haute résolution. Les propriétés du champ récepteur des cellules complexes ne pouvaient être réduites à une formulation mathématique plus simple que les modèles de réseau eux-mêmes.

Lytton, WW, Sejnowski, TJ Modèle informatique de l'effet de l'éthosuximide sur un neurone thalamique. (1992) Ann. Neurol. 32(2):131-139. DOI : 10.1002/ana.410320204

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Sejnowski, TJ Modèles de vision. (1992) Science. 257(5070):687-688. DOI : 10.1126/science.257.5070.687

Wathey, JC, Lytton, WW, Jester, JM, Sejnowski, TJ Simulations informatiques de la potentialisation des pics EPSP (ES) dans les cellules pyramidales CA1 de l'hippocampe. (1992) Journal of Neuroscience. 12 (2): 607-618.

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La potentialisation à long terme des synapses excitatrices hippocampiques s'accompagne souvent d'une augmentation de la probabilité de pics vers un PPSE d'intensité fixe (potentiation SE). Nous avons utilisé des simulations informatiques d'un neurone pyramidal CA1 pour tester la plausibilité de l'hypothèse selon laquelle la potentialisation SE est causée par des modifications de l'excitabilité dendritique. Ces modifications ont été simulées en ajoutant des « points chauds » de conductance calcique non inactivante et sensible au voltage à divers compartiments dendritiques. Cela a généralement provoqué des pics en réponse à des entrées synaptiques auparavant sous-liminaires. L'ampleur de la potentialisation SE simulée dépendait des propriétés électriques passives de la cellule, de l'excitabilité du soma et de la localisation relative des entrées synaptiques et des points chauds sur les dendrites. La spécificité de la potentialisation du SE simulée a été quantifiée en colocalisant les points chauds avec un sous-ensemble (2 sur 40) de contacts synaptiques, appelés « tétanisés », puis en comparant les effets des points chauds sur ces contacts et sur les contacts synaptiques restants (non tétanisés). La potentialisation du SE simulée tendait à être spécifique à l'entrée tétanisée si les contacts non tétanisés étaient, en moyenne, électriquement plus proches du soma que les contacts tétanisés. La spécificité était également élevée si les contacts tétanisés et non tétanisés étaient séparés par des dendrites primaires différentes. Cependant, les résultats prédisent également que la potentialisation du SE par ce mécanisme apparaîtra non spécifique (hétérosynaptique) si les synapses de l'entrée non tétanisée sont suffisamment éloignées du soma par rapport aux synapses tétanisées. La confirmation expérimentale de cette prédiction étayerait l'hypothèse selon laquelle des modifications de l'excitabilité postsynaptique peuvent contribuer à la potentialisation du SE hippocampique.

Holliday, J., Adams, RJ, Sejnowski, TJ, Spitzer, Caroline du Nord La libération de calcium induite par le calcium régule la différenciation des neurones spinaux en culture. (1991) Neuron. 7 (5): 787-796.

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Lytton, WW, Sejnowski, TJ Simulations de neurones pyramidaux corticaux synchronisés par des interneurones inhibiteurs. (1991) Journal of Neurophysiology. 66 (3): 1059-1079.

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1. L'interaction entre les interneurones inhibiteurs et les neurones pyramidaux corticaux a été étudiée par simulation informatique afin de déterminer si les interneurones inhibiteurs pouvaient contribuer au verrouillage de phase des cellules postsynaptiques. Deux modèles ont été utilisés : un modèle simplifié, qui ne comprenait que 3 canaux membranaires, et un modèle détaillé à 11 canaux. 2. Le modèle à 11 canaux incluait la plupart des canaux ioniques connus pour être présents dans les neurones pyramidaux néocorticaux, ainsi que la diffusion du calcium et d'autres mécanismes membranaires. La cinétique des canaux a été obtenue à partir d'études de voltage imposé dans diverses préparations. Les paramètres ont ensuite été ajustés pour produire des bouffées répétitives similaires à celles observées dans certaines cellules pyramidales corticales entraînées lors d'une stimulation visuelle. 3. Un verrouillage de phase sur un train de potentiels postsynaptiques inhibiteurs (IPSP) situés sur ou à proximité du soma a été observé dans la cellule modèle à 3 canaux soumise à un bombardement synaptique aléatoire. Dans le modèle à 11 canaux, le verrouillage de phase dû à de multiples PPSI a été comparé au verrouillage de phase dû à de multiples potentiels postsynaptiques excitateurs (PPSE). Le verrouillage de phase commençait à se produire lorsque 20 % des PPSE (20/100) ou 40 % des PPSE (4,000 10,000/11 40) étaient synchronisés. Les pourcentages exacts différaient selon les modèles à 40 canaux, mais les PPSE ou les PPSE produisaient généralement un entraînement avec une synchronisation d'environ 4,000 %. Ainsi, 4 boutons inhibiteurs avaient un effet équivalent à 5 3 boutons excitateurs dans la production du verrouillage de phase. 20. Le verrouillage de phase avec les PPSE dans ces modèles était possible car les PPSE pouvaient provoquer une augmentation ou une diminution de la fréquence de décharge sur une plage limitée. Les PPSE jouaient un rôle modulateur, augmentant la fréquence de décharge dans certains cas et la diminuant dans d'autres, selon l'état de la cellule. 100. Nous avons examiné l'entraînement fréquentiel par les IPSP. Dans le modèle à 40 canaux, l'entraînement fréquentiel d'une cellule postsynaptique a été observé avec un train rapide d'IPSP composés, brefs et puissants (60-32 nS). Un train d'IPSP composés à 47 Hz, d'une durée de 3 nS, entraînait des cellules dont la fréquence de décharge initiale se situait entre 6 et 11 Hz. En dessous de cette fréquence, les cellules pouvaient être partiellement entraînées. Au-dessus, l'entraînement était infructueux. Dans le modèle à 40 canaux, l'entraînement fréquentiel se produisait généralement lors du premier cycle suivant l'apparition des IPSP. 90. Le verrouillage de phase et l'entraînement fréquentiel étaient moins robustes dans le modèle à 34 canaux, en partie parce que l'entraînement se faisait par salves plutôt que par pics individuels. Un train d'IPSP composés à 400 Hz et XNUMX nS entraînait une cellule modèle vers le haut à partir de XNUMX Hz. Un entraînement fréquentiel vers le bas se produisait également. (RÉSUMÉ TRONQUÉ À XNUMX MOTS)

Bush, PC, Sejnowski, TJ Simulations d'une cellule de Purkinje cérébelleuse reconstruite basées sur une cinétique de canal simplifiée. (1991) Calcul neuronal. 3(3):321-332. DOI : 10.1162/neco.1991.3.3.321

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Sejnowski, TJ Neurosciences. De nouveau réunies. (1991) Nature. 352(6337):669-670. DOI: 10.1038/352669a0

Stanton, PK, Chattarji, S., Sejnowski, TJ L'acide 2-amino-3-phosphonopropionique, un inhibiteur du renouvellement des phosphoinositides stimulé par le glutamate, bloque l'induction de la dépression homosynaptique à long terme, mais pas la potentialisation, dans l'hippocampe du rat. (1991) Neurosci. Lett. 127 (1): 61-66.

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Sejnowski, TJ Mécanismes synaptiques de la dépression à long terme. (1991) Biologie actuelle. 1 (1): 38-40.

Qian, N., Sejnowski, TJ Quand une synapse inhibitrice est-elle efficace ? (1990) Actes de l'Académie nationale des sciences des États-Unis d'Amérique. 87 (20): 8145-8149.

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Lehky, SR, Sejnowski, TJ Modèle neuronal d'interpolation de stéréoacuité et de profondeur basé sur une représentation distribuée de la disparité stéréo. (1990) Journal of Neuroscience. 10 (7): 2281-2299.

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Nous avons développé un modèle de représentation de la disparité stéréo par une population de neurones, basé sur des courbes d'accord similaires à celles mesurées physiologiquement (Poggio et Fischer, 1977). Une analyse de détection de signal a été appliquée au modèle afin de générer des prédictions de seuils de discrimination de profondeur. La concordance entre le modèle et les données psychophysiques humaines n'a été possible dans ce modèle que lorsque la taille de la population représentant la disparité dans une petite zone du champ visuel était de l'ordre de 20 à 200 unités. Le codage d'intervalle et le codage de fréquence se sont révélés incompatibles avec ces données. Les données psychophysiques sur l'interpolation stéréo (Westheimer, 1986a) suggèrent l'existence d'interactions excitatrices à courte portée et inhibitrices à longue portée entre les unités accordées par la disparité à des emplacements spatiaux proches. Nous avons étendu notre modèle de population de codage de disparité à un emplacement spatial unique pour inclure de telles interactions latérales. Lorsqu'il y avait un faible gradient de disparité entre les stimuli à deux endroits, les unités en position intermédiaire, non stimulées, développaient un profil d'activité correspondant à la moyenne des deux disparités latérales. Lorsqu'il y avait un gradient de disparité important, les unités en position intermédiaire développaient un profil d'activité correspondant à une superposition indépendante des deux disparités latérales, de sorte que les deux disparités étaient représentées simultanément. Ce profil de population mixte pourrait sous-tendre la perception des discontinuités de profondeur et des surfaces transparentes. Des types similaires de représentations distribuées pourraient s'appliquer à d'autres paramètres, tels que l'orientation, le mouvement, la taille du stimulus et les coordonnées motrices.

Lehky, SR, Sejnowski, TJ Modèle de réseau neuronal du cortex visuel pour déterminer la courbure de surface à partir d'images de surfaces ombrées. (1990) Actes de la Royal Society de Londres. Série B, Sciences biologiques. 240 (1298): 251-278.

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Lehky, SR, Pouget, A., Sejnowski, TJ Modèles neuronaux de la perception binoculaire de la profondeur. (1990) Symposiums de Cold Spring Harbor sur la biologie quantitative. 55: 765-777.

Chattarji, S., Stanton, PK, Sejnowski, TJ Les synapses commissurales, mais pas les synapses des fibres moussues, dans le champ hippocampique CA3 présentent une potentialisation et une dépression associatives à long terme. (1989) Recherche sur le cerveau. 495 (1): 145-50.

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Stanton, PK, Sejnowski, TJ Dépression associative à long terme dans l'hippocampe induite par la covariance hebbienne. (1989) Nature. 339(6221):215-8. DOI: 10.1038/339215a0

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Churchland, PS, Sejnowski, TJ Perspectives sur les neurosciences cognitives. (1988) Science. 242 (4879): 741-5.

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Sejnowski, TJ, Koch, C., Churchland, PS Neurosciences computationnelles. (1988) Science. 241 (4871): 1299-306.

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Qian, N., Sejnowski, TJ Prédire la structure secondaire des protéines globulaires à l'aide de modèles de réseaux neuronaux. (1988) Journal de biologie moléculaire. 202 (4): 865-84.

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Lehky, SR, Sejnowski, TJ Modèle de réseau de forme à partir de l'ombrage : la fonction neuronale découle à la fois des champs réceptifs et projectifs. (1988) Nature. 333(6172):452-4. DOI: 10.1038/333452a0

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Sejnowski, TJ Les populations neuronales révélées. (1988) Nature. 332(6162):308. DOI : 10.1038/332308a0

Kienker, PK, Sejnowski, TJ, Hinton, GE, Schumacher, LE Séparation de la figure du sol avec un réseau parallèle. (1986) La perception. 15(2):197-216. DOI : 10.1068/p150197

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Ballard, DH, Hinton, GE, Sejnowski, TJ Calcul visuel parallèle. (1983) Nature. 306 (5938): 21-6.

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Kuffler, Sud-Ouest, Sejnowski, TJ Excitation peptidergique et muscarinique au niveau des synapses sympathiques des amphibiens. (1983) Journal de physiologie. 341: 257-78.

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Français Un voltage imposé à une seule électrode a été utilisé pour étudier les courants post-synaptiques excitateurs muscariniques lents et peptidergiques lents tardifs (epscs) dans les cellules B des ganglions sympathiques paravertébraux de la grenouille-taureau. Des diminutions de conductance ont été mesurées pendant les epscs peptidergiques dans presque toutes les cellules à des potentiels fixés près du niveau de repos. Dans environ la moitié des cellules, la taille des epscs peptidergiques a augmenté avec l'hyperpolarisation et dans certaines de ces cellules, des augmentations de conductance ont été observées à des niveaux hyperpolarisés. Dans les cellules restantes, des diminutions de conductance se sont produites à tous les niveaux de potentiel de membrane testés, et dans quelques-unes d'entre elles, la polarité des epscs s'est inversée à des potentiels hyperpolarisés. Une diversité similaire a été observée parmi les epscs muscariniques. Au moins deux mécanismes ioniques simples sont nécessaires pour expliquer les dépendances hétérogènes de tension observées : une diminution de conductance principalement à K+ qui domine à des potentiels dépolarisés et une augmentation de conductance à d'autres ions qui est plus importante à des potentiels hyperpolarisés. Français La proportion de ces deux mécanismes semble différer parmi les cellules B. Les deux EPSC lents enregistrés dans le même neurone avaient la même dépendance au voltage et étaient accompagnés des mêmes changements de conductance dans chacune des huit cellules malgré les différences entre les cellules. L'EPSC muscarinique a été réduite pendant l'EPSC peptidergique dans chacun des vingt-cinq neurones testés sur une gamme de potentiels de membrane. L'hormone de libération de la lutéinostimuline (LHRH) appliquée en externe a produit des courants avec la même dépendance au voltage et les mêmes changements de conductance que l'EPSC peptidergique évoquée nerveusement dans chacune des quinze cellules testées. Le béthanéchol, un agoniste muscarinique, et la LHRH ont produit des courants avec la même dépendance au voltage et les mêmes changements de conductance dans chacune des douze cellules étudiées. Dans plusieurs cellules, une réponse saturante à une application prolongée de LHRH a complètement occulté la réponse au béthanéchol, et vice versa. Des courants lents ont été enregistrés à partir de corps cellulaires dissociés en réponse au béthanéchol et à la LHRH ; ces réponses ont montré la même diversité de dépendance de tension et de changements de conductance que ceux observés dans les ganglions intacts. L'activation des récepteurs muscariniques et peptidergiques peut contrôler les mécanismes ioniques partagés dans les cellules ganglionnaires individuelles.

Sejnowski, TJ, Yodlowski, ML Une étude de congélation-fracture de l'électrorécepteur de la raie. (1982) Journal of Neurocytology. 11 (6): 897-912.

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Français L'épithélium sensoriel tapissant l'ampoule de Lorenzini chez la raie a été examiné par la technique de cryofracture. Des jonctions serrées anastomosées (zonula occludens) entourent complètement l'apex de chaque cellule réceptrice, la reliant aux cellules de soutien voisines. Les jonctions serrées séparent deux régions distinctes de la surface de la cellule réceptrice. La face P apicale présente de nombreuses grosses particules, tandis que juste en dessous des jonctions serrées de la surface latérale, de nombreuses particules plus petites. Sur sa surface basale, chaque cellule réceptrice forme plusieurs synapses en ruban évaginant avec un nerf afférent. Trois régions de l'évagination synaptique peuvent être distinguées sur la base de spécialisations membranaires : 1. À l'extrémité de l'évagination, un réseau régulier de grosses particules se trouve sur la face P de la cellule réceptrice directement en face d'un réseau régulier similaire de grosses particules sur la face P du nerf afférent ; 2. juste au-dessus de la pointe, au niveau d'une étroite constriction, en dessous de laquelle on ne trouve pas de vésicules, une population de grosses particules sur la face P de la cellule réceptrice s'oppose à une bande bien définie de grosses particules qui clive la face E de la fibre nerveuse ; 3. au niveau de l'arche de l'évagination synaptique, des fossettes se produisent aléatoirement sur la face P et des protubérances sur la face E de la cellule réceptrice. La densité de ces protubérances a augmenté dans les patins qui ont été stimulés électriquement. Nous suggérons que les réseaux coextensifs de particules à l'extrémité de la synapse en ruban constituent une jonction intercellulaire ; que la zone active de la synapse se situe au niveau ou au-dessus de la constriction ; et que la récupération de la membrane se produit dans la région de l'arche synaptique.

Sejnowski, TJ Transmission synaptique peptidergique dans les ganglions sympathiques. (1982) Actes de la Fédération. 41 (13): 2923-8.

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Paton, JA, Kelley, DB, Sejnowski, TJ, Yodlowski, ML Cartographie du système nerveux central auditif de Xenopus laevis par autoradiographie au 2-désoxyglucose. (1982) Recherche sur le cerveau. 249 (1): 15-22.

Reingold, Caroline du Sud, Sejnowski, TJ, Gelperin, A., Kelley, DB Autoradiographie au [3H]-2-désoxyglucose dans le système nerveux d'un mollusque. (1981) Recherche sur le cerveau. 208 (2): 416-20.

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Sejnowski, TJ, Reingold, SC, Kelley, DB, Gelperin, A. Localisation du [3H]-2-désoxyglucose dans des neurones de mollusques individuels. (1980) Nature. 287 (5781): 449-51.

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Sejnowski, TJ Contraintes statistiques sur la plasticité synaptique. (1977) Journal de biologie théorique. 69 (2): 385-9.

Sejnowski, TJ Stockage de la covariance avec des neurones en interaction non linéaire. (1977) Journal de biologie mathématique. 4 (4): 303-21.

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Sejnowski, TJ Sur la dynamique stochastique de l'interaction neuronale. (1976) Cybernétique biologique. 22 (4): 203-11.

Sejnowski, TJ Sur les propriétés globales de l'interaction neuronale. (1976) Biol Cybern. 22 (2): 85-95.

Terrence Sejnowski, PhD

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