Mecanismele oscilaiilor gamma n reele corticale: de la emergen la rolul funcional n percepie i cogniie


Finanare: cod proiect PN-II-RU-TE-2014-4-0406/2015, finanat prin contract Nr. 169/1.10.2015 de la Bugetul de Stat al Romniei: Programul Naional de Cercetare Dezvoltare i Inovare II, subprogramul Tinere Echipe, administrat de Ministerul Educaiei, Cercetrii, Tineretului i Sportului, prin Unitatea Executiv pentru Finanarea Cercetrii Dezvoltrii i Inovrii (UEFISCDI).

Rezumat

Oscilaiile rapide (20-80 Hz) sunt o semntur a activitii cerebrale, corelndu-se cu procesarea senzorial i cognitiv i fiind perturbate n afeciuni neurologice, precum schizofrenia i autismul. Rolul lor funcional este puin neles deoarece mecanismele de emergen nu sunt complet cunoscute. Mecanisme precum ING (InterNeuronal Gamma) sau PING (Pyramidal-InterNeuronal Gamma) pot explica doar parial proprietile oscilaiilor gama. ntr-un studiu recent, am artat c, spre deosebire de ING i PING, rezonana de membran exprimat n interneuroni poate contribui major la oscilaii gama stabile i robuste, printr-un mecanism pe care l-am denumit RING (Resonance INduced Gamma). n acest proiect, intenionm s investigm prezena acestui mecanism in vivo, n cortexul vizual al roztoarelor. Vom realiza nregistrri multi-electrod, cuplate cu stimulare optogenetic, nregistrare intracelular i activare concomitent a cilor colinergice pentru a studia: i) generarea oscilaiilor gama n circuite corticale locale; ii) dac rezonana este exprimat n interneuroni i cum afecteaz oscilaiile gama la nivel de circuit; iii) dac neuromodulaia controleaz activitatea oscilatorie a circuitului prin modularea rezonanei de membran a neuronilor. Avansarea cunotinelor despre mecanismele oscilaiilor rapide va conduce la un progres dramatic n nelegerea rolului lor funcional n percepie i cogniie, i ar putea oferi ci de intervenie pentru afeciuni neurologice grave.


Echipa de cercetare

Dr. Ing. Raul C. Murean, director de proiect.

[Pagina personal]    [Curriculum Vitae]
Dr. Ing. Vlad V. Moca, cercettor postdoctorand.

[Curriculum Vitae]
Adriana Dbâcan, cercettor doctorand.

[Curriculum Vitae]
Medorian Gheorghiu, cercettor doctorand.

[Curriculum Vitae]


Rezultate ateptate

Proiectul adreseaz mecanismele de emergen i proprietile oscilaiilor gamma exprimate n circuitele corticale ale sistemului vizual. Estimm c proiectul va oferi bazele unor descoperiri pe mai multe direcii:

  • Evidenierea unor proprieti anterior necunoscute ale oscilaiilor gamma induse de stimul.

  • Identificarea unor evidene directe i indirecte care s lege rezonana de membran de oscilaiile la nivel de circuit. n particular sperm s putem distinge ntre mecanismele ING, PING i RING, sau chiar s identificm noi mecanisme, anterior necunoscute, de generare a oscilaiilor gamma.

  • nelegerea legturii dintre cile neuromodulatorii i expresia oscilaiilor gamma, n special legat de modularea colinergic asociat cu vigilena.

  • Dezvoltarea de instrumente noi pentru caracterizarea mai robust a fenomenelor oscilatorii din activitatea creierului.



Rapoarte tiinifice

  • Raport tiinific sintetic cumulativ.
     [pdf]



Publicaii

Articole:

  • Dabacan A. and Muresan R.C. (2016), Robust analysis of non-stationary cortical responses: tracing variable frequency gamma oscillations and separating multiple component input modulations. Proceedings of MediTech 2016, in press.
     [pdf]

  • Dabacan A., Rusu C., Muresan R.C. (2016), Probing Frequency Response in Neural Networks Using Light. Novice Insights, in press.
     [pdf]

  • Dolean S., Geiszt A., Muresan R.C., Dinsoreanu M., Potolea R., Tincas I. (2017), A Scaled-Correlation based approach for generating and analyzing functional networks from EEG signals. Proceedings of International Workshop NFMCP in conjunction with European Conference on Machine Learning and Principles and Practice of Knowledge Discovery (ECML-PKDD 2017), Sep 18-22, 2017, Skopje, Macedonia, in press.
     [pdf]

  • de Calbiac H., Dabacan A., Marsan E., Tostivint H., Devienne G., Ishida S., Leguern E., Baulac S., Muresan R.C., Kabashi E., Ciura S. (2017), DEPDC5 knockdown causes mTOR hyperactivity in a zebrafish model of epilepsy. Submitted.

  • Muresan R.C. (2017), Soft++, a powerful activation function for deep neural networks. Submitted.

Rezumate, rezumate extinse, postere i prelegeri invitate:

  • Dabacan A. and Muresan R.C. (2016), Effects of periodic stimulation on cortical circuits as a function of stimulated population properties. Society for Neuroscience Annual Meeting, 12-16 November, San Diego, USA. Accepted poster.
     [pdf]

  • Gheorghiu M., Mimica B., Whitlock J., Muresan R.C. (2017), Theta/alpha coordination of pre-motor and parietal networks during free behavior in rats, BMC Neuroscience 2017, 18 (Suppl 1):P182.
     [pdf]

  • Dabacan A., Barzan H., Gheorghiu M., Muresan R. (2017), Modulation of oscillatory activity and synchrony in V1 as a function of stimulus features, European Conference on Visual Perception (ECVP 2017), Berlin, Germany, P58.
     [pdf]