Network effects of traumatic brain injury: from infra slow to high frequency oscillations and seizures
Notice bibliographique
Résumé
Abstract Traumatic brain injury (TBI) can have a multitude of effects on neural functioning. In extreme cases, TBI can lead to seizures both immediately following the injury as well as persistent epilepsy over years to a lifetime. However, mechanisms of neural dysfunctioning after TBI remain poorly understood. To address these questions, we analyzed experimental data and developed a biophysical network model implementing effects of ion concentration dynamics and homeostatic synaptic plasticity to test effects of TBI on the brain network dynamics. We focus on three primary phenomena that have been reported in vivo after TBI: an increase in infra slow oscillations (<0.1 Hz), increase in delta (0.1 - 4 Hz) power, and the emergence of high frequency oscillations (HFOs) in the gamma range (30 - 100 Hz). We show that the infra slow oscillations can be directly attributed to extracellular potassium fluctuations, while the existence and characterization of HFOs is related to the increase in strength of synaptic weights from homeostatic synaptic scaling. The experimentally found transient increase in delta power can be attributed to the inter-HFO timings. We then show that buildup of high frequency oscillations in the injured region can lead to seizure-like events that span all neurons in the network; additional seizures can then be initiated in previously healthy regions. This study brings greater understanding of network effects of TBI, and how they can give rise to epileptic activity. This lays the foundation to begin investigating how injured networks can be healed and seizures prevented. Significance Statement This project delineates and attempts to explain abnormalities seen in human brain following traumatic brain injury (TBI). TBI can lead to the development of seizures, which may last a lifetime and often become resistant to pharmaceutical treatments. The study identified key mechanisms responsible for occurrence of three characteristic changes in spatio-temporal network dynamics following TBI. This model provides predictions that can serve as a testing ground for potential therapeutic approaches.
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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 | 0,000 |
| 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 ».