ELFENN: A Generalized Platform for Modeling Ephaptic Coupling in Spiking Neuron Models
Notice bibliographique
Résumé
The transmembrane ionic currents that underlie changes in a cell’s membrane potential give rise to electric fields in the extracellular space. In the context of brain activity, these electric fields form the basis for extracellularly recorded signals such as multiunit activity, local field potentials and electroencephalograms. Understanding the underlying neuronal dynamics and localizing current sources using these signals is often challenging, and therefore effective computational modeling approaches are critical. Typically, the electric fields from neural activity are modeled in a post-hoc form, i.e. a traditional neuronal model is used to first generate the membrane currents, which in turn are then used to calculate the electric fields. When the conductivity of the extracellular space is high, the electric fields are weak, and therefore treating membrane currents and electric fields separately is justified. However, in brain regions of lower conductivity, extracellular fields can feed back and significantly influence the underlying transmembrane currents and dynamics of nearby neurons – this is often referred to as ephaptic coupling. The closed-loop nature of ephaptic coupling cannot be modeled using the post-hoc approaches implemented by existing software tools; instead, electric fields and neuronal dynamics must be solved simultaneously. To this end, we have developed a generalized modeling toolbox for studying ephaptic coupling in compartmental neuron models: ELFENN (ELectric Field Effects in Neural Networks). In open loop conditions, we validate the separate components of ELFENN for modeling membrane dynamics and associated field potentials against standard approaches (NEURON and LFPy). Unlike standard approaches however, ELFENN enables the closed-loop condition to be modeled as well, in that the field potentials can feed back and influence membrane dynamics. As an example closed-loop case, we use ELFENN to study phase-locking of action potentials generated by a population of axons running parallel in a bundle. Being able to efficiently explore ephaptic coupling from a computational perspective using tools such as ELFENN will allow us to better understand the physical basis of electric fields in the brain, as well as the conditions in which these fields may influence neuronal dynamics in general.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi 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.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,002 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,002 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,005 | 0,002 |
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.
score_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 découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».