Description du projet
La dynamique neuronale et l’induction de l’activité épileptique
Tous les modèles de fonctionnement du cerveau prennent en considération la variabilité de la génération de crêtes neurales ou de leur allumage. La recherche informatique a démontré des différences entre les générateurs de crêtes, montrant qu’ils peuvent être catégorisés en plusieurs types dynamiques dotés de certaines propriétés informatiques. En particulier, les générateurs de crêtes homocliniques réagissent notamment à une forte sensibilité d’entrants durant la période réfractaire des neurones. Soutenu par des données de crêtes homocliniques dans des cerveaux de rongeurs, le projet ANewSpike, financé par l’UE, examine l’hypothèse intrigante selon laquelle ces générateurs de crêtes fournissent un cadre unificateur pour l’induction de l’activité épileptique par un large éventail de déclencheurs physiologiques, de la température à la privation d’énergie. L’étude actuelle ajoute une nouvelle dimension à la compréhension de la dynamique neuronale, y compris des crêtes homocliniques comme partie intégrante de la dynamique du cerveau.
Objectif
Action potentials are not all equal. Despite shared biophysical principles and even similar action-potential shape, neurons with different spike generators can encode vastly different aspects of a stimulus and result in radically different behaviors of the embedding network. Differences between spike generators may be hard to discern because the information content of a spike train is not obvious to the naked eye. This is where computational analysis comes into play: theoretical research has shown that spike generation can be classified into a few dynamical types with qualitatively distinct computational properties. Among these, so-called homoclinic spikes – unlike the other commonly considered types – have been largely ignored. Yet, homoclinic spike generators are special because only they react with high sensitivity to inputs during the refractory period. Indeed, it is directly after a spike when homoclinic spikers “listen” best.
As we recently demonstrated, this unique property has computationally exciting consequences: it can provoke a dramatic increase in network synchronization in response to minimal changes in physiological parameters, without requiring alterations in synaptic strength or connectivity. Supported by in-vitro evidence for homoclinic spiking in the rodent brain, ANewSpike explores the intriguing hypothesis that this “forgotten“ spike generator provides a unifying framework for the induction of epileptic activity by a wide range of physiological trigger parameters, from temperature to energy deprivation. Using a theory-experiment approach, we explore (i) the prevalence of homoclinic spiking in the brain, (ii) its ability to promote the transmission of high frequencies, and (iii) its ability to boost network synchronization. Our multi-scale study aims to add a novel dimension to our understanding of neural dynamics at the cellular and network level by revealing homoclinic spiking as an integral part of brain dynamics in both health and pathology.
Champ scientifique
Programme(s)
Régime de financement
ERC-COG - Consolidator GrantInstitution d’accueil
10117 Berlin
Allemagne