Assemblies, synapse clustering and network topology interact with plasticity to explain structure-function relationships of the cortical connectome
Notice bibliographique
Résumé
Abstract Synaptic plasticity underlies the brain’s ability to learn and adapt. While experiments in brain slices have revealed mechanisms and protocols for the induction of plasticity between pairs of neurons, how these synaptic changes are coordinated in biological neuronal networks to ensure the emergence of learning remains poorly understood. Simulation and modeling have emerged as important tools to study learning in plastic networks, but have yet to achieve a scale that incorporates realistic network structure, active dendrites, and multi-synapse interactions, key determinants of synaptic plasticity. To rise to this challenge, we endowed an existing large-scale cortical network model, incorporating data-constrained dendritic processing and multi-synaptic connections, with a calcium-based model of functional plasticity that captures the diversity of excitatory connections extrapolated to in vivo -like conditions. This allowed us to study how dendrites and network structure interact with plasticity to shape stimulus representations at the microcircuit level. In our exploratory simulations, plasticity acted sparsely and specifically, firing rates and weight distributions remained stable without additional homeostatic mechanisms. At the circuit level, we found plasticity was driven by co-firing stimulus-evoked functional assemblies, spatial clustering of synapses on dendrites, and the topology of the network connectivity. As a result of the plastic changes, the network became more reliable with more stimulus-specific responses. We confirmed our testable predictions in the MICrONS datasets, an openly available electron microscopic reconstruction of a large volume of cortical tissue. Our results quantify at a large scale how the dendritic architecture and higher-order structure of cortical microcircuits play a central role in functional plasticity and provide a foundation for elucidating their role in learning.
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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 | 0,001 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 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 ».