Integrated Biophysical and Neural Model of Electrical Stimulation Effects
电刺激效应的综合生物物理和神经模型
基本信息
- 批准号:10670301
- 负责人:
- 金额:$ 88.9万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2019
- 资助国家:美国
- 起止时间:2019-09-01 至 2025-06-30
- 项目状态:未结题
- 来源:
- 关键词:AcuteAffectAnatomyAnimalsAnodesAreaAxonBehaviorBrainCalciumCalcium SignalingCell DensityCell modelCellsCharacteristicsChronicClinicalCortical ColumnDataDendritesDocumentationElectric StimulationElectrodesElectrophysiology (science)ElementsHumanImageInternetInterneuronsLabelLightLocationMeasurementMeasuresMental disordersMethodsMicroscopyModelingMusMyelin Basic ProteinsNeuronsNeurosciencesPatternPhasePhysiologic pulsePhysiologyPilot ProjectsPopulationPreparationProbabilityPropertyProtocols documentationRattusResolutionSensoryShapesSleepSleep StagesSomatosensory CortexSpace PerceptionSpatial DistributionStimulusSurfaceSynapsesTechnologyTestingThalamic structureTimeassociation cortexawakebiophysical modelcalcium indicatorcell typeexperimental studymillisecondmouse modelnervous system disorderneuralneural modelnon rapid eye movementnovelpredictive modelingreconstructionresponsesimulationspatiotemporaltemporal measurementtwo-photonvalidation studiesvoltagevoltage sensitive dye
项目摘要
Project Abstract
Electrical stimulation is widely used to activate and/or disrupt neuronal activity. Despite its critical
importance in experimental and clinical neuroscience, at present, there is no validated method to predict
which neural elements of the brain will be activated by a given stimulation regime. Based on our pilot
studies, we propose here to develop a novel computational approach for predicting the specific neurons
which will be activated by a given stimulation protocol, based on neuron shape, location, type and
connectivity. We will use biophysical modeling to calculate the spatial distribution of activating currents,
and then convolve this distribution with the spatial distribution and orientation of the axons and dendrites
of the major pyramidal and interneuron cell types to determine their probability of firing. We will then
propagate this activity through the cortical circuitry. We will model different species (rats, mice, humans)
and cortical areas (primary sensory and associative). We will examine the effects of sleep stage and
background activity, including characteristic sleep rhythms, on the evoked thalamocortical network
activity. The predictions of the model will be validated with extensive empirical measurements, primarily
calcium imaging in mice using advanced microscopy methods that allow the entire relevant cortical
volume to be characterized at high resolution. Cell type specific labeling and anatomical reconstructions
will permit identification of different neuronal populations and measurement of their activation probability.
This will be supplemented by voltage-sensitive dye imaging and laminar electrophysiological recordings to
provide temporal resolution. The laminar recordings will be repeated in humans, in both acute
intraoperative and semi-chronic settings. The models will be modified in light of the validation studies. The
integrated biophysical and neural model with documentation and tutorials will be made available on the
web.
项目摘要
电刺激被广泛用于激活和/或破坏神经元活性。尽管它很关键
目前,没有验证的方法来预测实验和临床神经科学的重要性
给定的刺激方案将激活大脑的哪些神经元素。根据我们的飞行员
研究,我们在这里建议开发一种用于预测特定神经元的新型计算方法
它将通过给定的刺激方案(基于神经元的形状,位置,类型和
连接性。我们将使用生物物理建模来计算激活电流的空间分布,
然后将此分布与轴突和树突的空间分布和方向进行卷积
主要的金字塔和间神经元细胞类型以确定其发射概率。然后我们会
通过皮质电路传播这一活动。我们将建模不同的物种(大鼠,小鼠,人类)
和皮质区域(主要感觉和联想)。我们将研究睡眠阶段的影响和
背景活动,包括特征性睡眠节奏,诱发的丘脑皮质网络
活动。该模型的预测将通过广泛的经验测量进行验证,主要是
使用高级显微镜方法在小鼠中的钙成像,该方法允许整个相关皮质
高分辨率以高分辨率为特征的体积。细胞类型特定的标签和解剖重建
将允许鉴定不同的神经元种群及其激活概率的测量。
这将以电压敏感的染料成像和层流电生理记录来补充
提供时间分辨率。层状录音将在人类中重复,在两个急性中
术中和半雄性设置。这些模型将根据验证研究进行修改。这
具有文档和教程的综合生物物理和神经模型将在
网络。
项目成果
期刊论文数量(7)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Olfactory receptor neurons generate multiple response motifs, increasing coding space dimensionality.
- DOI:10.7554/elife.79152
- 发表时间:2023-01-31
- 期刊:
- 影响因子:7.7
- 作者:Kim B;Haney S;Milan AP;Joshi S;Aldworth Z;Rulkov N;Kim AT;Bazhenov M;Stopfer MA
- 通讯作者:Stopfer MA
Selective recruitment of cortical neurons by electrical stimulation.
通过电刺激选择性招募皮质神经元。
- DOI:10.1371/journal.pcbi.1007277
- 发表时间:2019
- 期刊:
- 影响因子:4.3
- 作者:Komarov,Maxim;Malerba,Paola;Golden,Ryan;Nunez,Paul;Halgren,Eric;Bazhenov,Maxim
- 通讯作者:Bazhenov,Maxim
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Role of coordinated multi-area reactivations during transitions between automatic and flexible behaviors.
在自动行为和灵活行为之间转换期间协调的多区域重新激活的作用。
- 批准号:
10721280 - 财政年份:2023
- 资助金额:
$ 88.9万 - 项目类别:
CRCNS: Switching antennal lobe dynamic regime via olfactory and mechanical signal
CRCNS:通过嗅觉和机械信号切换触角叶动态状态
- 批准号:
10645219 - 财政年份:2022
- 资助金额:
$ 88.9万 - 项目类别:
CRCNS: Switching antennal lobe dynamic regime via olfactory and mechanical signal
CRCNS:通过嗅觉和机械信号切换触角叶动态状态
- 批准号:
10612145 - 财政年份:2022
- 资助金额:
$ 88.9万 - 项目类别:
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- 批准号:
10447795 - 财政年份:2020
- 资助金额:
$ 88.9万 - 项目类别:
CRCNS: Neural computations underlying sequence memory consolidation in sleep
CRCNS:睡眠中序列记忆巩固的神经计算
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10646435 - 财政年份:2020
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$ 88.9万 - 项目类别:
Integrated Biophysical and Neural Model of Electrical Stimulation Effects
电刺激效应的综合生物物理和神经模型
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10472493 - 财政年份:2019
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Integrated Biophysical and Neural Model of Electrical Stimulation Effects
电刺激效应的综合生物物理和神经模型
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10217272 - 财政年份:2019
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无标记 4D 光学检测神经活动
- 批准号:
9056250 - 财政年份:2015
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$ 88.9万 - 项目类别:
CRCNS: Multiple roles of inhibition in the olfactory system
CRCNS:嗅觉系统抑制的多重作用
- 批准号:
8436620 - 财政年份:2012
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$ 88.9万 - 项目类别:
CRCNS: Multiple roles of inhibition in the olfactory system
CRCNS:嗅觉系统抑制的多重作用
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8856198 - 财政年份:2012
- 资助金额:
$ 88.9万 - 项目类别:
相似国自然基金
海洋缺氧对持久性有机污染物入海后降解行为的影响
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- 批准年份:2023
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- 批准号:22379027
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- 批准号:32300624
- 批准年份:2023
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- 批准号:52377215
- 批准年份:2023
- 资助金额:50 万元
- 项目类别:面上项目
相似海外基金
Contribution of Vitamin D Deficiency to Pathological Progression in Models of Cerebral Hypoperfusion
维生素 D 缺乏对脑低灌注模型病理进展的影响
- 批准号:
10725358 - 财政年份:2023
- 资助金额:
$ 88.9万 - 项目类别:
Copper Sensing in Uropathogenic Escherichia coli
尿路致病性大肠杆菌中的铜感应
- 批准号:
10604449 - 财政年份:2023
- 资助金额:
$ 88.9万 - 项目类别:
Disruption of spinal circuit early development after silencing En1/Foxp2 interneurons
沉默 En1/Foxp2 中间神经元后脊髓回路早期发育中断
- 批准号:
10752857 - 财政年份:2023
- 资助金额:
$ 88.9万 - 项目类别: