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Novo método matemático revela estrutura em atividade neural no cérebro

conhecimento um estímulo externo antes do tempo

Matemática
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Um método matemático recentemente desenvolvido pode detectar estrutura geométrica da actividade neuronal do cérebro. "Anteriormente, a fim de compreender esta estrutura,

os cientistas necessárias para relacionar a atividade neural a algum estímulo externo específico", disse Vladimir Itskov, professor de matemática na Universidade de Penn State. "Nosso método é o primeiro a ser capaz de revelar esta estrutura sem o nosso conhecimento um estímulo externo antes do tempo. Nós temos mostrado agora que o nosso novo método nos permitirá explorar a estrutura organizacional de neurônios sem saber sua função com antecedência."

"Os métodos tradicionais usados ​​pelos pesquisadores para analisar a relação entre as atividades dos neurônios foram adotadas a partir da física", disse Carina Curto, professor de matemática na Universidade Penn State ", mas os dados da neurociência não necessariamente jogar pelas mesmas regras que os dados de física, por isso precisamos de novas ferramentas. Nosso método é um primeiro passo para o desenvolvimento de um novo kit de ferramentas matemática para descobrir a estrutura de circuitos neurais com função desconhecida no cérebro ".

A topologia de método foi-clique desenvolvido por uma equipe interdisciplinar de pesquisadores da Penn State, da Universidade da Pensilvânia, do Instituto Médico Howard Hughes e da Universidade de Nebraska-Lincoln. O método é descrito em um artigo que será publicado na edição em linha adiantada das continuações do jornal da Academia Nacional das Ciências durante a semana que terminou em 23 de outubro de 2015.

"Nós adotamos abordagens do campo da topologia algébrica, que anteriormente tinha sido usado principalmente no domínio da matemática pura e aplicou-os a dados experimentais sobre a atividade dos neurônios lugar células especializadas na parte do cérebro chamada hipocampo que sentir a posição de um animal no seu ambiente ", disse Curto.

Os investigadores mediram a actividade de células de localização no cérebro de ratos durante três condições experimentais diferentes. Eles então analisaram as correlações entre pares de disparo de cada neurônio estava relacionada com a demissão de todos os outros neurônio esta como atividade-.

Na primeira condição, os ratos foram deixados para se movimentarem livremente no seu ambiente de um comportamento em que a actividade de células lugar é directamente relacionada com a localização do animal no seu ambiente. Eles procuraram os dados para encontrar grupos de neurônios, ou "panelinhas", em que a atividade de todos os membros da camarilha foi relacionadas com a actividade de todos os outros membros. Sua análise desses cliques, usando métodos de topologia algébrica, revelou uma estrutura geométrica organizada. Surpreendentemente, os pesquisadores descobriram estrutura similar nas atividades entre as células lugar nas outras duas condições que testaram, roda-running e do sono, onde não se espera células lugar para ter organização geométrica.

"Como a estrutura de nós detectamos foi semelhante em todas as três condições experimentais, pensamos que estamos pegando a organização fundamental das células lugar no hipocampo", disse Itskov.

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