Multiscale Computer Model of the Spinal Dorsal Horn Reveals Changes in Network Processing Associated with Chronic Pain
Notice bibliographique
Résumé
Pain-related sensory input is processed in the spinal dorsal horn (SDH) before being relayed to the brain. That processing profoundly influences whether stimuli are correctly or incorrectly perceived as painful. Significant advances have been made in identifying the types of excitatory and inhibitory neurons that comprise the SDH, and there is some information about how neuron types are connected, but it remains unclear how the overall circuit processes sensory input or how that processing is disrupted under chronic pain conditions. To explore SDH function, we developed a computational model of the circuit that is tightly constrained by experimental data. Our model comprises conductance-based neuron models that reproduce the characteristic firing patterns of spinal neurons. Excitatory and inhibitory neuron populations, defined by their expression of genetic markers, spiking pattern, or morphology, were synaptically connected according to available qualitative data. Using a genetic algorithm, synaptic weights were tuned to reproduce projection neuron firing rates (model output) based on primary afferent firing rates (model input) across a range of mechanical stimulus intensities. Disparate synaptic weight combinations could produce equivalent circuit function, revealing degeneracy that may underlie heterogeneous responses of different circuits to perturbations or pathologic insults. To validate our model, we verified that it responded to the reduction of inhibition (i.e., disinhibition) and ablation of specific neuron types in a manner consistent with experiments. Thus validated, our model offers a valuable resource for interpreting experimental results and testing hypotheses in silico to plan experiments for examining normal and pathologic SDH circuit function. SIGNIFICANCE STATEMENT We developed a multiscale computer model of the posterior part of spinal cord gray matter (spinal dorsal horn), which is involved in perceiving touch and pain. The model reproduces several experimental observations and makes predictions about how specific types of spinal neurons and synapses influence projection neurons that send information to the brain. Misfiring of these projection neurons can produce anomalous sensations associated with chronic pain. Our computer model will not only assist in planning future experiments, but will also be useful for developing new pharmacotherapy for chronic pain disorders, connecting the effect of drugs acting at the molecular scale with emergent properties of neurons and circuits that shape the pain experience.
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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 | 0,000 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,002 | 0,000 |
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.
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 ».