Postsynaptic frequency filters shaped by the interplay of synaptic short-term plasticity and cellular time scales
Notice bibliographique
Résumé
Abstract Neuronal frequency filters can be thought of as constituent building blocks underlying the ability of neuronal systems to process information, generate rhythms and perform computations. How neuronal filters are generated by the concerted activity of a multiplicity of processes (e.g., electric circuit, history-dependent) and interacting time scales within and across levels of neuronal network organization is poorly understood. In this paper, we use mathematical modeling, numerical simulations and analytical calculations of the postsynaptic response to presynaptic spike trains to address this issue in a basic feedforward network motif in the presence of synaptic short-term plasticity (STP, depression and facilitation). The network motif consists of a presynaptic spike-train, a postsynaptic passive cell, and an excitatory (AMPA) chemical synapse. The dynamics of each network component are controlled by one or more time scales. We explain the mechanisms by which the participating time scales shape the neuronal filters at the (i) synaptic update level (the target of the synaptic variable in response to presynaptic spikes), which is shaped by STP, (ii) the synaptic level, and (iii) the postsynaptic membrane potential (PSP) level. We focus on three metrics that gives rise to three types of profiles (curves of the corresponding metrics as a function of the spike-train input frequency or firing rate): (i) peak profiles, (ii) peak-to-trough amplitude profiles, and (iii) phase profiles. The effects of STP are present at the synaptic update level and are communicated to the synaptic level where they interact with the synaptic time scales. The PSP filters result from the interaction between these variables and time scales and the biophysical properties and time scales of the postsynaptic cell. Band-pass filters (BPFs) result from a combination of low-pass filters (LPFs) and high-pass filters (HPFs) operating at the same or different levels of organization. PSP BPFs can be inherited from the synaptic level (STP-mediated BPFs) or they can be generated across levels of organization due to the interaction between (i) a synaptic LPF and the PSP summation-mediated HPF (PSP peaks), and (ii) a synaptic HPF and the PSP summation-mediated LPF (PSP amplitude). These types of BPFs persist in response to more realistic presynaptic spike trains: jittered (randomly perturbed) periodic spike trains and Poisson-distributed spike trains. The response variability is frequency-dependent and is controlled by STP in a non-monotonic frequency manner. The results and and lessons learned from the investigation of this basic network motif are a necessary step for the construction of a framework to analyze the mechanisms of generation of neuronal filters in networks with more complex architectures and a variety of interacting cellular, synaptic and plasticity time scales.
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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 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| 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) | 0,001 | 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 ».