In hippocampal CA1 and CA3 regions, various properties of neuronal activity follow skewed, lognormal-like distributions, including average firing rates, rate and magnitude of spike bursts, magnitude of population synchrony, and correlations between pre- and postsynaptic spikes. In recent studies, the lognormal features of hippocampal activities were well replicated by a multi-timescale adaptive threshold (MAT) neuron network of lognormally distributed excitatory-to-excitatory synaptic weights, though it remains unknown whether and how other neuronal and network properties can be replicated in this model. Here we implement two additional studies of the same network: first, we further analyze its burstiness properties by identifying and clustering neurons with exceptionally bursty features, once again demonstrating the importance of the lognormal synaptic weight distribution. Second, we characterize dynamical patterns of activity termed neuronal avalanches in in vivo CA3 recordings of behaving rats and in the model network, revealing the similarities and differences between experimental and model avalanche size distributions across the sleep-wake cycle. These results show the comparison between the MAT neuron network and hippocampal readings in a different approach than shown before, providing more insight into the mechanisms behind activity in hippocampal subregions. / Nas regiões CA1 e CA3 do hipocampo, várias propriedades da atividade neuronal seguem distribuições assimétricas com características lognormais, incluindo frequência de disparo média, frequência e magnitude de rajadas de disparo (bursts), magnitude da sincronia populacional e correlações entre disparos pré- e pós-sinápticos. Em estudos recentes, as características lognormais das atividades hipocampais foram bem reproduzidas por uma rede de neurônios de limiar adaptativo (multi-timescale adaptive threshold, MAT) com pesos sinápticos entre neurônios excitatórios seguindo uma distribuição lognormal, embora ainda não se saiba se e como outras propriedades neuronais e da rede podem ser replicadas nesse modelo. Nesse trabalho implementamos dois estudos adicionais da mesma rede: primeiramente, analisamos mais a fundo as propriedades dos bursts identificando e agrupando neurônios com capacidade de burst excepcional, mostrando mais uma vez a importância da distribuição lognormal de pesos sinápticos. Em seguida, caracterizamos padrões dinâmicos de atividade chamados avalanches neuronais no modelo e em aquisições in vivo do CA3 de roedores em atividades comportamentais, revelando as semelhanças e diferenças entre as distribuições de tamanho de avalanche através do ciclo sono-vigília. Esses resultados mostram a comparação entre a rede de neurônios MAT e medições hipocampais em uma abordagem diferente da apresentada anteriormente, fornecendo mais percepção acerca dos mecanismos por trás da atividade em subregiões hipocampais.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:teses.usp.br:tde-25052017-110738 |
| Date | 27 March 2017 |
| Creators | Milena Menezes Carvalho |
| Contributors | Leonardo Paulo Maia, Nilton Liuji Kamiji, Ludmila Brochini Rodrigues |
| Publisher | Universidade de São Paulo, Física, USP, BR |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP, instname:Universidade de São Paulo, instacron:USP |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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