丘脑皮质神经元强直性和簇放电性放电模式的实验约束生物物理模型

Elisabetta Iavarone^1*, Jane Yi², Ying Shi^1,2, Bas-Jan ZandtI¹, Christian O’Reilly¹,

Werner Van Geit¹, Christian Rössert¹, Henry Markram^1,2, Sean L. Hill^1,3*

¹蓝脑项目，瑞士洛桑理工学院生物技术校区，日内瓦

²瑞士洛桑理工学院大脑思维研究所神经微电路实验室，瑞士

³克伦姆比尔神经信息学中心，成瘾和心理健康中心，加拿大多伦多

摘要

丘脑腹基底区(VB)体感丘脑皮层(TC)神经元是外周和大脑皮层之间感觉信息流动的中心成分，参与清醒和睡眠等丘脑皮层状态的动态调节。这一特性在细胞水平上反映在两种不同的放电模式下产生动作电位的能力，称为强直性放电和低阈值放电。虽然TC神经元的一般性质已为人所知，但我们仍然缺乏它们在VB丘脑中的形态和电特性的详细描述。本研究的目的是建立基于大鼠实验数据明确约束的VB TC神经元的生物物理详细模型。我们记录了VB神经元的电活动(N = 49)，并通过标准化的协议在3D (N = 50)中重建了形态。在识别不同的电性类型后，我们使用多目标优化方法来拟合单神经元电性模型(e-models)，得到了与实验数据一致的多个解。使用电刺激和拟合过程中未使用的神经元形态对模型进行泛化测试。局部灵敏度分析表明，该模型对小参数变化具有鲁棒性，且所有参数都受到一个或多个特征的约束。当电子模型与不同的形态结合测试时，表明当改变树枝状结构时，电行为大体上保持不变，电子模型没有过度拟合特定的形态。该模型及其分析表明，自动参数搜索可以应用于捕捉复杂的放电行为，如强直性放电和低阈值簇放电在大范围参数集上的共存，并结合不同的神经元形态。

翻译原文：Experimentally-constrained biophysical models of tonic and burst firing modes in thalamocortical neurons

翻译稿件：丘脑皮质神经元强直性和簇放电性放电模式的实验约束生物物理模型