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Enregistrement W4241146674 · doi:10.1101/450825

Pre- and postsynaptically expressed spiking-timing-dependent plasticity contribute differentially to neuronal learning

2018· preprint· en· W4241146674 sur OpenAlexafffund
Beatriz Eymi Pimentel Mizusaki, Sally Li, Rui Ponte Costa, P. Jesper Sjöström

Notice bibliographique

RevuebioRxiv (Cold Spring Harbor Laboratory) · 2018
Typepreprint
Langueen
DomaineEngineering
ThématiqueAdvanced Memory and Neural Computing
Établissements canadiensMcGill University Health CentreMontreal General Hospital
Organismes subventionnairesNational Institute on AgingFundação para a Ciência e a TecnologiaCanadian Institutes of Health ResearchEngineering and Physical Sciences Research CouncilBiotechnology and Biological Sciences Research CouncilFonds de Recherche du Québec - SantéNatural Sciences and Engineering Research Council of CanadaConselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico
Mots-clésPostsynaptic potentialNeuroscienceNonsynaptic plasticitySynaptic plasticityMetaplasticitySpike-timing-dependent plasticityHomeostatic plasticityPlasticitySynaptic scalingBiologySynapseNeuroplasticityHomosynaptic plasticityInhibitory postsynaptic potentialSynaptic augmentationExcitatory postsynaptic potentialPhysicsGenetics

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Abstract A plethora of experimental studies have shown that long-term plasticity can be expressed pre- or postsynaptically depending on a range of factors such as developmental stage, synapse type, and activity patterns. The functional consequences of this diversity are unknown. However, in models of neuronal learning, long-term synaptic plasticity is implemented as changes in connective weights. Whereas postsynaptic expression of plasticity predominantly affects synaptic response amplitude, presynaptic expression alters both synaptic response amplitude and short-term dynamics. In other words, the consideration of long-term plasticity as a fixed change in amplitude corresponds more closely to post- than to presynaptic expression, which means theoretical outcomes based on this choice of implementation may have a postsynaptic bias. To explore the functional implications of the diversity of expression of long-term synaptic plasticity, we modelled spike-timing-dependent plasticity (STDP) such that it was expressed either pre- or postsynaptically, or both. We tested pair-based standard STDP models and a biologically tuned triplet STDP model, and investigated the outcome in a feed-forward setting, with two different learning schemes: either inputs were triggered at different latencies, or a subset of inputs were temporally correlated. Across different STDP models and learning paradigms, we found that presynaptic changes adjusted the speed of learning, while postsynaptic expression was better at regulating spike timing and frequency. When combining both expression loci, postsynaptic changes amplified the response range, while presynaptic plasticity maintained control over postsynaptic firing rates, potentially providing a form of activity homeostasis. Our findings highlight how the seemingly innocuous choice of implementing synaptic plasticity by direct weight modification may unwittingly introduce a postsynaptic bias in modelling outcomes. We conclude that pre- and postsynaptically expressed plasticity are not interchangeable, but enable complimentary functions. Author summary Differences between functional properties of pre- or postsynaptically expressed long-term plasticity have not yet been explored in much detail. In this paper, we used minimalist models of STDP with different expression loci, in search of fundamental functional consequences. Presynaptic expression acts mostly on neurotransmitter release, thereby altering short-term synaptic dynamics, whereas postsynaptic expression affects mainly synaptic gain. We compared cases where plasticity was expressed presynaptically, postsynaptically, or both. We found that postsynaptic plasticity was more effective at changing response times, while both pre- and postsynaptic plasticity were similarly capable of detecting correlated inputs. A model with biologically tuned expression of plasticity also achieved this separation over a range of frequencies without the need of external competitive mechanisms. Postsynaptic spiking frequency was not directly affected by presynaptic plasticity of short-term plasticity alone, however in combination with a postsynaptic component, it helped restrain positive feedback, contributing to activity homeostasis. In conclusion, expression locus may determine distinct coding schemes while also keeping activity within bounds. Our findings highlight the importance of correctly implementing expression of plasticity in modelling, since the locus of expression may affect functional outcomes in simulations.

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)0,000
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,001
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Expérimental (laboratoire) · Signal consensuel: Expérimental (laboratoire)
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,001
Score d'incertitude au seuil0,005

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0000,001
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,000
Bibliométrie0,0000,000
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0000,000
Intégrité de la recherche0,0000,001
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 Opus0,012
Tête enseignante GPT0,217
Écart entre enseignants0,205 · 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'étudeExpérimental (laboratoire)
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

Citations3
Publié2018
Routes d'admission2
Résumé présentoui

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