THE STOCHASTIC NATURE OF SINGLE NEURONS
单个神经元的随机性质
基本信息
- 批准号:6260477
- 负责人:
- 金额:$ 23.36万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2001
- 资助国家:美国
- 起止时间:2001-02-09 至 2006-01-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
Much effort has focused in recent years on the temporal precision with which neurons respond to synaptic input or to direct current injection. This precision relates to the crucial issue of the nature of the neuronal code used to represent and transmit information. We propose to quantify the fundamental limits that noise places on temporal precision by measuring and analyzing the various noise sources, including (i) noise due to the stochastic nature of voltage-dependent ionic channels, (ii) the effect of "spontaneous" synaptic background firing and (iii) the noise introduced by the unreliable, probabilistic nature of synaptic transmission. 1. We intend to experimentally characterize these noise sources in neocortical neurons using pharmacological manipulations which allow us to isolate the contribution of individual noise sources like Na+, K+ or Ca2+ channels. We will use whole-cell patch recordings at the soma and dendrites of single neurons, and in pairs of connected neurons of an in vitro preparation, visualized using infrared optics. 2. We will repeatedly inject frozen current noise into the soma, the dendrite and the presynaptic neuron (using dual electrodes), and record the noise in the post-synaptic potential (sub-threshold PSPs) as well as the fitter in timing of the resulting spike train. This will allow us to compute the mutual information between the injected current and the output spike train. 3. We will compare these measurements with analytical and numerical models of thermal, channel and synaptic noise in weakly- active linear cables, obtained by incorporating the detailed morphology (that we will reconstruct following infra-cellular injection of biocytin) and the electrophysiological properties of these cells. 4. We will use theoretical techniques to derive measures of spike fitter and similarity between spike trains in terms of the noise sources and compare them against the experimental data obtained in step 2. Our research plan will lead to a quantitative picture of the properties of neuronal noise sources and their effect on the information capacity of individual cortical neurons.
近年来,许多努力都集中在神经元对突触输入或直流注入做出反应的时间精度上。这种精度关系到用于表示和传输信息的神经元代码的性质这一关键问题。我们建议通过测量和分析各种噪声源来量化噪声对时间精度的基本限制,包括(i)由于电压依赖性离子通道的随机性质而产生的噪声,(ii)“自发”突触背景的影响放电和(iii)由突触传递的不可靠、概率性质引入的噪声。 1. 我们打算使用药理学操作来通过实验表征新皮质神经元中的这些噪声源,这使我们能够分离出 Na+、K+ 或 Ca2+ 通道等单个噪声源的贡献。我们将在单个神经元的体细胞和树突以及体外制备的成对连接的神经元中使用全细胞贴片记录,并使用红外光学进行可视化。 2. 我们将反复将冻结电流噪声注入体细胞、树突和突触前神经元(使用双电极),并记录突触后电位(亚阈值 PSP)中的噪声以及拟合时间。由此产生的尖峰列车。这将使我们能够计算注入电流和输出尖峰序列之间的互信息。 3. 我们将这些测量结果与弱活性线性电缆中的热、通道和突触噪声的分析和数值模型进行比较,这些模型是通过结合详细的形态(我们将在细胞内注射生物胞素后重建)和电生理特性而获得的。这些细胞。 4. 我们将使用理论技术来推导尖峰拟合和尖峰序列之间在噪声源方面的相似性的测量,并将它们与步骤 2 中获得的实验数据进行比较。我们的研究计划将得出神经元特性的定量图像噪声源及其对单个皮层神经元信息能力的影响。
项目成果
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