持续与诱发皮层活动中的多稳态状态动力学

对警觉动物群体活动的单次试验分析表明，皮层电路动力学通过亚稳态状态的时间序列演化。亚稳态因其可能在感觉编码、记忆和决策中的作用而被研究。然而，关于其产生的网络机制知之甚少。通常假设状态序列的起始由外部刺激触发。此处我们展示，即使在无明显感觉刺激缺失的情况下，也能观察到状态序列。对警觉大鼠味觉皮层的多电极记录分析揭示了持续的状态序列，其中单个神经元在不同状态下自发达到多种放电速率。这种单神经元多稳态对现有尖峰网络模型提出了挑战，后者中通常每个神经元至多双稳态。我们提出一个递归尖峰网络模型，该模型同时解释了状态序列的自发产生和单神经元放电速率的多稳态。每个状态源于具有增强的簇内连接的神经簇的激活，每个簇的放电速率取决于活跃簇的数量。模拟显示，模型的群体活动在不同状态间跳跃，再现了数据中观察到的持续动力学。当用外部刺激探测时，模型预测单神经元多稳态淬灭为双稳态，以及试验间变异性降低。两项预测均在数据中得到证实。总之，这些结果提供了一个理论框架，在单一机制模型中捕捉了持续与诱发的网络动力学。