Application of the principle of symmetry to neural circuitry: From building blocks to neural synchronization in the connectome

对称原理在神经回路中的应用:从构建块到连接组中的神经同步

基本信息

  • 批准号:
    10006982
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 106.5万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2020
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2020-09-08 至 2024-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Project Summary/Abstract The broad, long-term objective of this grant is to advance a new theoretical approach to identify synchronized building blocks of neural circuits based on group theory and its application to understand the permutation symmetries of these circuits. Based on the developed theoretical framework we will validate our theory by probing brain dynamics at single-cell resolution and in real-time, i.e. sub-second scale, in C. elegans, which is a system with a fully mapped synapse-resolution connectome. We will produce a software tool that will allow end-users from the broad neuroscience community to identify and analyze the building blocks of neural circuits and explore their relation with function. Specific Aims are: · Specific Aim 1. Develop a generalized theoretical framework of symmetry groups and their unique decomposition into normal subgroups to identify building blocks made of synchronized neural pop- ulations in brain networks. Based on our preliminary work in locomotion in C. elegans, we will evaluate the application of symmetry groups to more complex functions and more complex neural systems of other species to investigate the relation between symmetries of the connectome and neural synchronization. · Specific Aim 2. Verify experimentally the predicted building blocks in C. elegans nervous system with system-wide Ca2+-imaging experiments. We will develop an experimental program to test the predictions of the theory on the synchronization of neural populations identified by symmetry groups, and the subsequent breaking of symmetry and asynchrony tested by single-cell laser ablation. · Specific Aim 3. Resource sharing plan and software development: Develop software and tools based on the algorithms developed in Aim 1 and evaluated in Aim 2 to identify the building blocks of neural circuits to study their synchronization and function. Optimize the usability of the software by experimentalists (end-user PD Manuel Zimmer) and other researchers for use in the larger scientific community. Long term goals: The results of the present study should lead to improve our understanding of the designing principles of neural circuits and how this structure influences function. Once completed, we trust that the tools developed by this project will be able to be used by the larger neuroscience community to study the building blocks of all connectomes. The development of theories of the organization of the connectome should lead to the inference of general principles regarding network organization applicable to areas outside neuroscience that include information processing complex systems in general.
项目概要/摘要 这笔赠款的广泛、长期目标是推进一种新的理论方法来识别 基于群论的神经回路同步构建模块及其应用来理解 基于已开发的理论框架,我们将验证这些电路的排列对称性。 我们的理论是通过在单细胞分辨率下实时(即亚秒级)探测大脑动力学来实现的。 elegans,这是一个具有完全映射的突触分辨率连接组的系统,我们将开发一个软件。 该工具将允许广泛的神经科学界的最终用户识别和分析建筑物 神经回路块并探索它们与功能的关系。 · 具体目标 1. 建立对称群及其独特性质的广义理论框架 分解为正常子组,以识别由同步神经弹出组成的构建块 基于我们对线虫运动的初步研究,我们将 评估对称群在更复杂的函数和更复杂的神经网络中的应用 其他物种的系统来研究连接组和神经对称性之间的关系 同步。 · 具体目标 2. 通过实验验证线虫神经系统中预测的构建模块 我们将开发一个实验程序来测试全系统 Ca2+ 成像实验。 由对称群识别的神经群体同步理论的预测, 以及随后通过单细胞激光烧蚀测试的对称性和异步性的破坏。 · 具体目标3.资源共享计划和软件开发:开发基于 关于目标 1 中开发并在目标 2 中评估的算法,以确定 神经回路来研究它们的同步和功能,从而优化软件的可用性。 实验者(最终用户 PD Manuel Zimmer)和其他研究人员用于更大规模的科学研究 社区。 长期目标:本研究的结果应该会提高我们对 神经回路的设计原理以及这种结构如何影响功能一旦完成,我们就相信。 该项目开发的工具将能够被更大的神经科学界使用 研究所有连接体的组成部分 组织理论的发展。 连接组应该得出适用于网络组织的一般原则的推论 神经科学以外的领域,包括一般的信息处理复杂系统。

项目成果

期刊论文数量(0)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

HERNAN MAKSE其他文献

HERNAN MAKSE的其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

{{ truncateString('HERNAN MAKSE', 18)}}的其他基金

Multi-scale approach to disease spreading in social networks
社交网络中疾病传播的多尺度方法
  • 批准号:
    8570153
  • 财政年份:
    2013
  • 资助金额:
    $ 106.5万
  • 项目类别:
Multi-scale approach to disease spreading in social networks
社交网络中疾病传播的多尺度方法
  • 批准号:
    8728296
  • 财政年份:
    2013
  • 资助金额:
    $ 106.5万
  • 项目类别:

相似国自然基金

数学:大有可为
  • 批准号:
    11320002
  • 批准年份:
    2013
  • 资助金额:
    38.0 万元
  • 项目类别:
    专项基金项目
紧支撑双正交多小波构造的抽象代数方案及其在图像压缩中的应用
  • 批准号:
    60802045
  • 批准年份:
    2008
  • 资助金额:
    20.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
抽象代数在电子学与通信中的应用研究
  • 批准号:
    68672046
  • 批准年份:
    1986
  • 资助金额:
    2.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似海外基金

Abstract algebra and representation theory
抽象代数和表示论
  • 批准号:
    2438514
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 106.5万
  • 项目类别:
    Studentship
Connections between Advanced and Secondary Mathematics: Exploring the Impact of Abstract Algebra on the Teaching and Learning of Secondary Mathematics
高等数学与中学数学的联系:探讨抽象代数对中学数学教学的影响
  • 批准号:
    1830121
  • 财政年份:
    2019
  • 资助金额:
    $ 106.5万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Staged Computing based on Advanced Type Systems
基于高级类型系统的分级计算
  • 批准号:
    18H03218
  • 财政年份:
    2018
  • 资助金额:
    $ 106.5万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
Universal models of programming languages and program reasoning
编程语言和程序推理的通用模型
  • 批准号:
    18K11156
  • 财政年份:
    2018
  • 资助金额:
    $ 106.5万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
REU Site: Graph Theory, Combinatorics, and Abstract Algebra
REU 网站:图论、组合学和抽象代数
  • 批准号:
    1659221
  • 财政年份:
    2017
  • 资助金额:
    $ 106.5万
  • 项目类别:
    Standard Grant
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了