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Enregistrement W2791862730 · doi:10.1113/jp275240

Origin of heterogeneous spiking patterns from continuously distributed ion channel densities: a computational study in spinal dorsal horn neurons

2018· article· en· W2791862730 sur OpenAlexafffund
Arjun Balachandar, Steven A. Prescott

Notice bibliographique

RevueThe Journal of Physiology · 2018
Typearticle
Langueen
DomaineNeuroscience
ThématiqueNeurobiology and Insect Physiology Research
Établissements canadiensUniversity of TorontoHospital for Sick Children
Organismes subventionnairesNatural Sciences and Engineering Research Council of CanadaOntario Ministry of Economic Development and Innovation
Mots-clésNeuroscienceIon channelNeuronDorsumBiologyElectrophysiologyPotassium channelTonic (physiology)Spinal cordAnatomyBiophysicsReceptorGenetics

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Key points Distinct spiking patterns may arise from qualitative differences in ion channel expression (i.e. when different neurons express distinct ion channels) and/or when quantitative differences in expression levels qualitatively alter the spike generation process. We hypothesized that spiking patterns in neurons of the superficial dorsal horn (SDH) of spinal cord reflect both mechanisms. We reproduced SDH neuron spiking patterns by varying densities of KV1‐ and A‐type potassium conductances. Plotting the spiking patterns that emerge from different density combinations revealed spiking‐pattern regions separated by boundaries (bifurcations). This map suggests that certain spiking pattern combinations occur when the distribution of potassium channel densities straddle boundaries, whereas other spiking patterns reflect distinct patterns of ion channel expression. The former mechanism may explain why certain spiking patterns co‐occur in genetically identified neuron types. We also present algorithms to predict spiking pattern proportions from ion channel density distributions, and vice versa. Abstract Neurons are often classified by spiking pattern. Yet, some neurons exhibit distinct patterns under subtly different test conditions, which suggests that they operate near an abrupt transition, or bifurcation. A set of such neurons may exhibit heterogeneous spiking patterns not because of qualitative differences in which ion channels they express, but rather because quantitative differences in expression levels cause neurons to operate on opposite sides of a bifurcation. Neurons in the spinal dorsal horn, for example, respond to somatic current injection with patterns that include tonic, single, gap, delayed and reluctant spiking. It is unclear whether these patterns reflect five cell populations (defined by distinct ion channel expression patterns), heterogeneity within a single population, or some combination thereof. We reproduced all five spiking patterns in a computational model by varying the densities of a low‐threshold (KV1‐type) potassium conductance and an inactivating (A‐type) potassium conductance and found that single, gap, delayed and reluctant spiking arise when the joint probability distribution of those channel densities spans two intersecting bifurcations that divide the parameter space into quadrants, each associated with a different spiking pattern. Tonic spiking likely arises from a separate distribution of potassium channel densities. These results argue in favour of two cell populations, one characterized by tonic spiking and the other by heterogeneous spiking patterns. We present algorithms to predict spiking pattern proportions based on ion channel density distributions and, conversely, to estimate ion channel density distributions based on spiking pattern proportions. The implications for classifying cells based on spiking pattern are discussed.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,001
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,003
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: Simulation ou modélisation
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,018
Score d'incertitude au seuil0,036

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0010,003
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,001
Bibliométrie0,0010,000
Études des sciences et des technologies0,0010,001
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0010,001
Intégrité de la recherche0,0010,001
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0010,000

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,046
Tête enseignante GPT0,322
Écart entre enseignants0,277 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeSimulation ou modélisation
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations31
Publié2018
Routes d'admission2
Résumé présentoui

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