SD
Shaul Druckmann
Author with expertise in Neuronal Oscillations in Cortical Networks
Achievements
Cited Author
Open Access Advocate
Key Stats
Upvotes received:
0
Publications:
30
(73% Open Access)
Cited by:
3,457
h-index:
24
/
i10-index:
44
Reputation
Biology
< 1%
Chemistry
< 1%
Economics
< 1%
Show more
How is this calculated?
Publications
0

Reconstruction and Simulation of Neocortical Microcircuitry

Henry Markram et al.Oct 1, 2015
We present a first-draft digital reconstruction of the microcircuitry of somatosensory cortex of juvenile rat. The reconstruction uses cellular and synaptic organizing principles to algorithmically reconstruct detailed anatomy and physiology from sparse experimental data. An objective anatomical method defines a neocortical volume of 0.29 ± 0.01 mm3 containing ∼31,000 neurons, and patch-clamp studies identify 55 layer-specific morphological and 207 morpho-electrical neuron subtypes. When digitally reconstructed neurons are positioned in the volume and synapse formation is restricted to biological bouton densities and numbers of synapses per connection, their overlapping arbors form ∼8 million connections with ∼37 million synapses. Simulations reproduce an array of in vitro and in vivo experiments without parameter tuning. Additionally, we find a spectrum of network states with a sharp transition from synchronous to asynchronous activity, modulated by physiological mechanisms. The spectrum of network states, dynamically reconfigured around this transition, supports diverse information processing strategies.PaperClip/cms/asset/5c91a1a4-b7e0-4955-9798-ad9ab0d5fbaa/mmc9.mp3Loading ...(mp3, 4.69 MB) Download audio Video AbstracteyJraWQiOiI4ZjUxYWNhY2IzYjhiNjNlNzFlYmIzYWFmYTU5NmZmYyIsImFsZyI6IlJTMjU2In0.eyJzdWIiOiJiYzRhNjA2YjExNzIyYzdkYTg3ZWE3NmE3ZTk2ZjFhOSIsImtpZCI6IjhmNTFhY2FjYjNiOGI2M2U3MWViYjNhYWZhNTk2ZmZjIiwiZXhwIjoxNjc4NTQxODAyfQ.EjLkN-IdxBeFQwOHLTNE-2eF9J6Lj0To4SrjSD3lMLMRJI3tlaCZjGO7CWvJIuPRild2x9HPTykK5VTweD2086IAqwaIX88_9L6vL1nSl-IjX9XmcnyPPjGqdTDbyhUKNI8rY0XP4lJjVIq9nK7oUQGMDTc-xpohB3YpbptwG2nf_1S1Qy-X9V9BiAjFKz9aRCoJXxNgMXzLHwMMZGBD5AXohicEJA97wt7mjd40e9zGmhGhWTtJLIjdX2oedpNmxDqbApsvVd5uG1F4Z4vHnJQ5Agc77dB0lXhZW_HE-RO-Gr6SWKd7D4ErXyWzchsflW6zaVdNBUhQ_DxLeFJ9lg(mp4, (24.73 MB) Download video
0

Maintenance of persistent activity in a frontal thalamocortical loop

Zengcai Guo et al.May 1, 2017
Persistent neural activity maintains information that connects past and future events. Models of persistent activity often invoke reverberations within local cortical circuits, but long-range circuits could also contribute. Neurons in the mouse anterior lateral motor cortex (ALM) have been shown to have selective persistent activity that instructs future actions. The ALM is connected bidirectionally with parts of the thalamus, including the ventral medial and ventral anterior-lateral nuclei. We recorded spikes from the ALM and thalamus during tactile discrimination with a delayed directional response. Here we show that, similar to ALM neurons, thalamic neurons exhibited selective persistent delay activity that predicted movement direction. Unilateral photoinhibition of delay activity in the ALM or thalamus produced contralesional neglect. Photoinhibition of the thalamus caused a short-latency and near-complete collapse of ALM activity. Similarly, photoinhibition of the ALM diminished thalamic activity. Our results show that the thalamus is a circuit hub in motor preparation and suggest that persistent activity requires reciprocal excitation across multiple brain areas.
0

A novel multiple objective optimization framework for constraining conductance-based neuron models by experimental data

Shaul Druckmann et al.Nov 1, 2007
We present a novel framework for automatically constraining parameters of compartmental models of neurons, given a large set of experimentally measured responses of these neurons. In experiments, intrinsic noise gives rise to a large variability (e.g., in firing pattern) in the voltage responses to repetitions of the exact same input. Thus, the common approach of fitting models by attempting to perfectly replicate, point by point, a single chosen trace out of the spectrum of variable responses does not seem to do justice to the data. In addition, finding a single error function that faithfully characterizes the distance between two spiking traces is not a trivial pursuit. To address these issues, one can adopt a multiple objective optimization approach that allows the use of several error functions jointly. When more than one error function is available, the comparison between experimental voltage traces and model response can be performed on the basis of individual features of interest (e.g., spike rate, spike width). Each feature can be compared between model and experimental mean, in units of its experimental variability, thereby incorporating into the fitting this variability. We demonstrate the success of this approach, when used in conjunction with genetic algorithm optimization, in generating an excellent fit between model behavior and the firing pattern of two distinct electrical classes of cortical interneurons, accommodating and fast-spiking. We argue that the multiple, diverse models generated by this method could serve as the building blocks for the realistic simulation of large neuronal networks.
0
Citation299
0
Save
42

Transforming representations of movement from body- to world-centric space

Jenny Lu et al.Dec 23, 2020
When an animal moves through the world, its brain receives a stream of information about the body’s translational movement. These incoming movement signals, relayed from sensory organs or as copies of motor commands, are referenced relative to the body. Ultimately, such body-centric movement signals must be transformed into world-centric coordinates for navigation 1 . Here we show that this computation occurs in the fan-shaped body in the Drosophila brain. We identify two cell types in the fan-shaped body, PFNd and PFNv 2,3 , that conjunctively encode translational velocity signals and heading signals in walking flies. Specifically, PFNd and PFNv neurons form a Cartesian representation of body-centric translational velocity – acquired from premotor brain regions 4,5 – that is layered onto a world-centric heading representation inherited from upstream compass neurons 6–8 . Then, we demonstrate that the next network layer, comprising hΔB neurons, is wired so as to transform the representation of translational velocity from body-centric to world-centric coordinates. We show that this transformation is predicted by a computational model derived directly from electron microscopy connectomic data 9 . The model illustrates the key role of a specific network motif, whereby the PFN neurons that synapse onto the same hΔB neuron have heading-tuning differences that offset the differences in their preferred body-centric directions of movement. By integrating a world-centric representation of travel velocity over time, it should be possible for the brain to form a working memory of the path traveled through the environment 10–12 .
Load More