猫、猴和人脑皮层清醒与睡眠状态下的多电极阵列记录雪崩分析
神经元与认知
2012-08-20 v4 适应与自组织系统
摘要
自组织临界态存在于许多自然系统中，从地震到森林火灾，在神经系统中也有观察到，特别是在神经元培养中。然而，清醒大脑中临界态的存在仍存在争议。在这里，我们比较了在不同体内制备中，清醒、慢波睡眠和快速眼动睡眠期间进行的雪崩分析，使用了猫运动皮层（96电极）、猴运动皮层和前运动皮层以及癫痫患者人颞叶皮层（96电极）的高密度电极阵列。在由神经元单元（多达160个单单元）定义的神经元雪崩中，雪崩大小从未明确呈现幂律标度，而是呈指数标度或显示中间标度。我们还分析了局部场电位(LFP)的动力学，特别是不同电极之间LFP负峰(nLFP)的动力学（颞叶皮层多达96个位点，或相邻运动皮层和前运动皮层多达128个位点）。在这种情况下，由nLFP定义的雪崩在双对数表示中显示幂律标度，正如先前在猴中报道的那样。然而，由正LFP(pLFP)峰定义的雪崩（与神经元放电的直接关系较弱）也显示出明显的幂律标度。使用更可靠的累积分布函数(CDF)和其他严格统计测量对该标度进行更仔细的检查，并未确认幂律标度。在猫、猴和人以及清醒和睡眠的不同脑状态中观察到相同的模式。我们还测试了其他替代分布。多重指数拟合给出了雪崩动力学的最优拟合，为双指数分布。总的来说，这些结果表明，从猫到人的哺乳动物清醒和睡眠大脑中没有明确的证据支持幂律标度或自组织临界态。
引用
@article{arxiv.1203.0738,
title = {Avalanche analysis from multi-electrode ensemble recordings in cat, monkey and human cerebral cortex during wakefulness and sleep},
author = {Nima Dehghani and Nicholas G. Hatsopoulos and Zach D. Haga and Rebecca A. Parker and Bradley Greger and Eric Halgren and Sydney S. Cash and Alain Destexhe},
journal= {arXiv preprint arXiv:1203.0738},
year = {2012}
}
备注
In press in: Frontiers in Physiology, 2012, special issue "Critical Brain Dynamics" (Edited by He BY, Daffertshofer A, Boonstra TW); 33 pages, 13 figures. 3 tables