抑制对皮层微回路模型持续活动的调节作用

Modulatory effects of inhibition on persistent activity in a cortical microcircuit model

Xanthippi Konstantoudaki 1,2, Athanasia Papoutsi 1,2, Kleanthi Chalkiadaki 1,2, Panayiota Poirazi 2* and Kyriaki Sidiropoulou1,2

1 Department of Biology, University of Crete, Heraklion, Greece

2 Institute of Molecular Biology and Biotechnology, Foundation for Research and Technology – Hellas, Heraklion, Greece

Edited by: Guillermo A. Cecchi, IBM Watson Research Center, USA

Reviewed by: Jason Sherfey, Boston University, USA Margarita Zachariou, University of Cyprus, Cyprus

*Correspondence: Panayiota Poirazi, Computational Biology Lab, Institute of Molecular Biology and Biotechnology, Foundation for Research and Technology – Hellas, 100, N Plastira str., GR 71110, Heraklion, Greece e-mail: poirazi@imbb.forth.gr

新皮层网络的活动是通过锥体神经元提供的兴奋和中间神经元提供的抑制之间的动态平衡而产生的。在一些神经精神疾病中，如精神分裂症、孤独症和癫痫，已经发现了兴奋/抑制比率失衡，这些疾病还伴有其他认知缺陷和与前额叶皮质（PFC）功能障碍相关的症状。我们采用一种计算方法来研究PFC微回路模型中兴奋/抑制平衡的变化如何影响持续活动的性质，考虑到PFC中工作记忆功能的细胞相关性。为此，我们构建了一个PFC微回路，由锥体神经元模型和三个不同的中间神经元类型模型组成：快速尖峰（fast-spiking，FS）、规则尖峰（regular-spiking，RS）和不规则尖峰（irregular-spiking，IS）中间神经元。在微回路模型中，通过刺激锥体神经元模型的近端顶端树突，诱导持续性活动，并分析其特性，如诱导曲线（induction profile）、尖峰间距（InterSpike Intervals，ISIs）和神经元同步性（neuronal synchronicity）。我们的模拟结果表明：（a）在FS间神经元模型中，NMDA/AMPA比值的变化对诱导产生了影响，而不是放电频率或神经元的同步性；（b）去除或减少锥体神经元模型的FS模型输入，极大地限制了持续活动诱导的生物物理调制，降低了ISIs以及持续活动期间神经元的同步性，（c）向胞体添加其他抑制性输入（来自RS或IS模型）不能改变诱导和放电特性，（d）向胞体添加其他抑制性输入可逆转同步性变化，但超出控制网络的水平。因此，一般的细胞体抑制作为持续活动的起搏器，而特异的FS抑制调节起搏器的输出。

关键词：前额叶皮质，NMDA，同步性，快速尖峰间神经元，连通性，parvalbumin中间神经元

翻译稿件：抑制对皮层微回路模型持续活动的调节作用

翻译原件：Modulatory effects of inhibition on persistent activity in a cortical microcircuit model