Mecanismele oscilaþiilor gamma în reþele corticale: de la emergenþã la rolul funcþional în percepþie ºi cogniþie
Finanþare: cod proiect PN-II-RU-TE-2014-4-0406/2015, finanþat prin contract Nr. 169/1.10.2015 de la Bugetul de Stat al României:
Programul Naþional de Cercetare Dezvoltare ºi Inovare II, subprogramul Tinere Echipe,
administrat de Ministerul Educaþiei, Cercetãrii, Tineretului ºi Sportului,
prin Unitatea Executivã pentru Finanþarea Cercetãrii Dezvoltãrii ºi Inovãrii
(UEFISCDI).
Rezumat
Oscilaþiile rapide (20-80 Hz) sunt o semnãturã a activitãþii cerebrale, corelându-se cu procesarea senzorialã ºi cognitivã ºi fiind perturbate în afecþiuni neurologice,
precum schizofrenia ºi autismul. Rolul lor funcþional este puþin înþeles deoarece mecanismele de emergenþã nu sunt complet cunoscute. Mecanisme precum ING (InterNeuronal Gamma)
sau PING (Pyramidal-InterNeuronal Gamma) pot explica doar parþial proprietãþile oscilaþiilor gama. Într-un studiu recent, am arãtat cã, spre deosebire de ING ºi PING, rezonanþa
de membranã exprimatã în interneuroni poate contribui major la oscilaþii gama stabile ºi robuste, printr-un mecanism pe care l-am denumit RING (Resonance INduced Gamma).
În acest proiect, intenþionãm sã investigãm prezenþa acestui mecanism in vivo, în cortexul vizual al rozãtoarelor. Vom realiza înregistrãri multi-electrod, cuplate cu stimulare
optogeneticã, înregistrare intracelularã ºi activare concomitentã a cãilor colinergice pentru a studia: i) generarea oscilaþiilor gama în circuite corticale locale; ii) dacã
rezonanþa este exprimatã în interneuroni ºi cum afecteazã oscilaþiile gama la nivel de circuit; iii) dacã neuromodulaþia controleazã activitatea oscilatorie a circuitului prin
modularea rezonanþei de membranã a neuronilor. Avansarea cunoºtinþelor despre mecanismele oscilaþiilor rapide va conduce la un progres dramatic în înþelegerea rolului lor
funcþional în percepþie ºi cogniþie, ºi ar putea oferi cãi de intervenþie pentru afecþiuni neurologice grave.
Echipa de cercetare
|
Dr. Ing. Raul C. Mureºan, director de proiect. [Pagina personalã] [Curriculum Vitae] |
|
|
Dr. Ing. Vlad V. Moca, cercetãtor postdoctorand. [Curriculum Vitae] |
|
|
Adriana Dãbâcan, cercetãtor doctorand. [Curriculum Vitae] |
|
|
Medorian Gheorghiu, cercetãtor doctorand. [Curriculum Vitae] |
Rezultate aºteptate
Proiectul adreseazã mecanismele de emergenþã ºi proprietãþile oscilaþiilor gamma exprimate în circuitele corticale ale sistemului vizual. Estimãm cã proiectul va oferi bazele unor
descoperiri pe mai multe direcþii:
Evidenþierea unor proprietãþi anterior necunoscute ale oscilaþiilor gamma induse de stimul.
Identificarea unor evidenþe directe ºi indirecte care sã lege rezonanþa de membranþã de oscilaþiile la nivel de circuit. În particular sperãm sã putem distinge între mecanismele ING, PING ºi RING, sau chiar sã identificãm noi mecanisme, anterior necunoscute, de generare a oscilaþiilor gamma.
Înþelegerea legãturii dintre cãile neuromodulatorii ºi expresia oscilaþiilor gamma, în special legat de modularea colinergicã asociatã cu vigilenþa.
Dezvoltarea de instrumente noi pentru caracterizarea mai robustã a fenomenelor oscilatorii din activitatea creierului.
Rapoarte ºtiinþifice
Raport ºtiinþific sintetic cumulativ.
[pdf]
Publicaþii
Articole:
Ciuparu A. and Muresan R.C. (2016), Sources of bias in single-trial normalization procedures. European Journal of Neuroscience 43(7):861–869.
[pdf]
[Supporting information]
[Journal website link]
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 ºi 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]