، جلد ۲۶، شماره ۴، صفحات ۰-۰

عنوان فارسی مدلسازی نقش سلول‌های اختصاصی مهاری در پردازش محرک‌های بینایی
چکیده فارسی مقاله مقدمه:
مدارهای عصبی در قشر مغز عمدتاً از سلول های هرمی تحریکی (Pyr) و نورون‌های مهاری تشکیل شده‌اند. نورون‌های مهاری موضعی  به زیرگروه‌های مختلفی تقسیم می‌شوند که دو گروه اصلی آنها، پاروالبومین (PV) و سوماتواستاتین (SST) هستند. این زیرگروه‌های نورون‌های بینایی نقش‌های مشخصی در تنظیم و/یا به دست آوردن پاسخ بینایی سلول‌های هرمی در قشر بینایی دارند. شناخت نقش نورون‌های مهاری در عملکرد قشر مغز، چالشی در میان پژوهشگران بوده که عمدتاً به دلیل نبود ابزارهای کافی و خاص، تفاوت در رویکردهای تکنیکی و دسترسی به نوع حیوانات تراریخته، این چالش‌ها بوجود آمده است. با وجود نقص در تجزیه و تحلیل عملکردی، مطالعات محدودی بر روی خواص و مکانیسم شبکه‌های مهاری مغزی در ابعاد مکانی متفاوت بر عملکردهای مدارهای عصبی انجام گرفته که ما در اینجا با استفاده از روش بدون نظارت برای طبقه بندی انواع سلول و از مدل‌های GLIF  به بررسی میزان مشارکت نورون‌های مهاری بر عملکرد نورون‌های تحریکی پرداختیم.
روش کار:
داده ها از موسسه آلن گرفته شد که بصورت الکتروفیزیولوژیکی از موش با تکنیک پچ کلمپ جمع آوری شده‌اند و از داده‌های ۳ زیرگروه اصلی نورون‌ها به‌عنوان نورون‌های پیرامیدال تحریکی و ۲ نورون اصلی مهاری به‌عنوان PV و SST استفاده کردیم و همچنین از مدل‌های GLIF، که رفتار شلیک نورون‌ها را در پنج سطح پیچیدگی شبیه‌سازی می‌کند استفاده شده که برای بازتولید رفتار اسپایک نورون‌های ثبت‌شده موش و انسان استفاده می‌شوند.
یافته ها:
وقتی همه مدل‌ها را در نظر گرفتیم، به طور کلی بین توانایی مدل برای بازتولید ولتاژ زیر آستانه و توانایی آن برای بازتولید زمان‌های اسپایک همبستگی وجود داشت. توانایی مدل برای بازتولید ولتاژ زیر آستانه لزوماً به عملکرد بهتر زمان افزایش نمی‌یابد و یافتیم که، مجموعاً ۱۶۷ نورون از ۳ خط ترانسژنیک با معیارهای تنظیم مدل"" و "" مطابقت داشتند.
نتیجه‌گیری:
مدل‌های GLIF می‌توانند به‌طور همزمان زمان‌های اسپایک نورون‌های بیولوژیکی را با تعداد کمی از پارامترها که قابل تغییر است، تولید کنند و همچنین تطبیق پیچیدگی مرتبط با ورودی جریان تا خروجی دنباله اسپایک را کاهش دهند و یافتیم که مدل‌های پیچیده‌تر ("" یا بیشتر) نسبت به مدل‌های ساده‌تر در بازتولید زمان‌های اسپایک بیولوژیکی و تمایز خطوط ترانس‌ژنیک بهتر هستند.
 
کلیدواژه‌های فارسی مقاله نورون مهاری،‌ تحریک بینایی،‌ مدل انتگرال و آتش نشتی تعمیم یافته

عنوان انگلیسی Modeling the role of specific inhibitory cells in the processing of visual stimuli
چکیده انگلیسی مقاله

Introduction
Gamma-aminobutyric acid (GABA), a key inhibitory neurotransmitter, regulates neural networks and maintains balance in brain activity. It suppresses excessive neuronal firing, promotes relaxation, and aids in sleep. Understanding GABA’s role is critical for unraveling brain functions and addressing neurological disorders. However, studying inhibitory neurons in the cerebral cortex remains challenging due to tool limitations. Disruptions in excitatory and inhibitory signals can cause severe conditions like seizures, emphasizing the importance of understanding inhibitory interneurons, particularly in sensory processing and visual stimuli response.

Parvalbumin-positive (PV⁺) and Somatostatin-positive (SST⁺) inhibitory interneurons are key subtypes involved in shaping visual stimuli processing. Despite their importance, the distinct functional roles of these subtypes and their connectivity with pyramidal cells remain unclear. Precise quantitative data is essential to advance our understanding of brain circuits and aid in developing treatments for neurological conditions such as Alzheimer’s, multiple sclerosis, and Parkinson’s. Moreover, these studies could inspire intelligent systems based on human brain principles.

Methods
The study relied on data from the Allen Institute, with electrophysiological recordings conducted using the patch-clamp technique on mice. These recordings analyzed neuron firing patterns under various stimuli, including short pulses, long steps, and natural noise. Adult mice aged 45–70 days were used, and brain slices were prepared under anesthesia using artificial cerebrospinal fluid (ACSF).

Researchers employed generalized leaky integrate-and-fire (GLIF) models to mimic neuronal spiking behavior. Enhancements to the basic LIF model included post-spike currents, adaptive thresholding, and reset rules, which were calibrated using electrophysiology data. Model performance was assessed by comparing predicted and observed neuronal responses, with variance explained calculated across different timescales.

Results
Analysis revealed that additional mechanisms were necessary to replicate the spiking behavior of inhibitory and excitatory neurons accurately. The GLIF models explained a significant fraction of variance, with inhibitory neuron models generally outperforming excitatory ones. For instance, the GLIF₁ model explained 82% of inhibitory neuron variance but only 69% for excitatory neurons. Incorporating post-spike currents (GLIF₃) improved performance for inhibitory neurons (84%) but less so for excitatory neurons (65%).

Further refinements, such as adding reset rules and adaptive thresholding in the GLIF₄ model, enhanced variance explanation for both inhibitory (88%) and excitatory (79%) neurons. However, directly measuring the reset rule hindered subthreshold voltage reproduction. While GLIF₄ models achieved better spike time predictions, they struggled with replicating subthreshold behavior, highlighting a trade-off between these aspects.

The study also examined the correlation between subthreshold voltage accuracy and spike timing. Although a general correlation existed, replicating subthreshold voltage did not guarantee better spike timing. The findings underscore the distinct effects of post-spike currents and adaptive mechanisms on different neuron types.

Conclusion
The research demonstrated that GLIF models effectively replicate biological neuronal spike patterns with minimal parameters. Enhanced models, like GLIF₃ and GLIF₄, outperform simpler ones in reproducing spike times and differentiating transgenic neuron types through clustering. While adding complexity improves model accuracy initially, excessive parameters may lead to overfitting and diminishing returns, complicating further optimization.

Electrophysiological features can classify neuron types and provide insights into input-output relationships. However, identifying critical features or integrating comprehensive spike sequence data remains vital. Biophysically detailed models, aligned with biological mechanisms, offer a robust approach for advancing our understanding of neuronal behavior and addressing neurological disorders.

کلیدواژه‌های انگلیسی مقاله Inhibitory Neuron, Visual Stimulation, Generalize leaky integrate-and-fire models

نویسندگان مقاله فاطمه باذلی محبوب | Fatemeh Bazeli Mahbob
منزل

شهرام صفری | Shahram Safari


عبدالحسین وهابی | Abdolhossein Vahabi



نشانی اینترنتی http://icssjournal.ir/browse.php?a_code=A-10-444-1&slc_lang=fa&sid=1
فایل مقاله فایلی برای مقاله ذخیره نشده است
کد مقاله (doi)
زبان مقاله منتشر شده fa
موضوعات مقاله منتشر شده مدل سازی شناختی، پردازش سیگنال و تصویربرداری مغز
نوع مقاله منتشر شده پژوهشی اصیل
برگشت به: صفحه اول پایگاه   |   نسخه مرتبط   |   نشریه مرتبط   |   فهرست نشریات