A deep generative adversarial network capturing complex spiral waves in disinhibited circuits of the cerebral cortex
Notice bibliographique
Résumé
BACKGROUND: In the cerebral cortex, disinhibited activity is characterized by propagating waves that spread across neural tissue. In this pathological state, a widely reported form of activity are spiral waves that travel in a circular pattern around a fixed spatial locus termed the center of mass. Spiral waves exhibit stereotypical activity and involve broad patterns of co-fluctuations, suggesting that they may be of lower complexity than healthy activity. RESULTS: To evaluate this hypothesis, we performed dense multi-electrode recordings of cortical networks where disinhibition was induced by perfusing a pro-epileptiform solution containing 4-Aminopyridine as well as increased potassium and decreased magnesium. Spiral waves were identified based on a spatially delimited center of mass and a broad distribution of instantaneous phases across electrodes. Individual waves were decomposed into "snapshots" that captured instantaneous neural activation across the entire network. The complexity of these snapshots was examined using a measure termed the participation ratio. Contrary to our expectations, an eigenspectrum analysis of these snapshots revealed a broad distribution of eigenvalues and an increase in complexity compared to baseline networks. A deep generative adversarial network was trained to generate novel exemplars of snapshots that closely captured cortical spiral waves. These synthetic waves replicated key features of experimental data including a tight center of mass, a broad eigenvalue distribution, spatially-dependent correlations, and a high complexity. By adjusting the input to the model, new samples were generated that deviated in systematic ways from the experimental data, thus allowing the exploration of a broad range of states from healthy to pathologically disinhibited neural networks. CONCLUSIONS: Together, results show that the complexity of population activity serves as a marker along a continuum from healthy to disinhibited brain states. The proposed generative adversarial network opens avenues for replicating the dynamics of cortical seizures and accelerating the design of optimal neurostimulation aimed at suppressing pathological brain activity.
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Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 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 tête enseignante, 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 ».