by Kanishk Chauhan, Alexander B. Neiman, Peter A. Tass
Abnormally strong neural synchronization may impair brain function, as observed in several brain disorders. We computationally study how neuronal dynamics, synaptic weights, and network structure co-emerge, in particular, during (de)synchronization processes and how they are affected by external perturbation. To investigate the impact of different types of plasticity mechanisms, we combine a network of excitatory integrate-and-fire neurons with different synaptic weight and/or structural plasticity mechanisms: (i) only spike-timing-dependent plasticity (STDP), (ii) only homeostatic structural plasticity (hSP), i.e., without weight-dependent pruning and without STDP, (iii) a combination of STDP and hSP, i.e., without weight-dependent pruning, and (iv) a combination of STDP and structural plasticity (SP) that includes hSP and weight-dependent pruning. To accommodate the diverse time scales of neuronal firing, STDP, and SP, we introduce a simple stochastic SP model, enabling detailed numerical analyses. With tools from network theory, we reveal that structural reorganization may remarkably enhance the network’s level of synchrony. When weaker contacts are preferentially eliminated by weight-dependent pruning, synchrony is achieved with significantly sparser connections than in randomly structured networks in the STDP-only model. In particular, the strengthening of contacts from neurons with higher natural firing rates to those with lower rates and the weakening of contacts in the opposite direction, followed by selective removal of weak contacts, allows for strong synchrony with fewer connections. This activity-led network reorganization results in the emergence of degree-frequency, degree-degree correlations, and a mixture of degree assortativity. We compare the stimulation-induced desynchronization of synchronized states in the STDP-only model (i) with the desynchronization of models (iii) and (iv). The latter require stimuli of significantly higher intensity to achieve long-term desynchronization. These findings may inform future pre-clinical and clinical studies with invasive or non-invasive stimulus modalities aiming at inducing long-lasting relief of symptoms, e.g., in Parkinson’s disease.
Филиал № 4 ОСФР по Москве и Московской области информирует:
За полгода 14,9 тысячи жителей Московского региона оформили страховую пенсию в автоматическом режиме на портале госуслуг
Представители «Метровагонмаш-Сервиса» посетили СЛД «Москва-Сортировочная» филиала «Московский» компании «ЛокоТех-Сервис» для обмена опытом
Спортивные игры в СЛД "Москва-Сортировочная" филиала "Московский"
Филиал № 4 ОСФР по Москве и Московской области информирует:
С начала 2024 года 140 тысяч женщин и новорожденных Московского региона получили услуги по родовым сертификатам
Exclusive - Sayantani Ghosh expresses happiness as sets of her show Dahej Daasi shifted close to her home; says 'I've been manifesting this for quite some time now'
Suspect arrested for ‘threatening to kill Trump and his VP pick JD Vance’ in Florida days after assassination attempt
Mikel Arteta demands more Arsenal signings as he gives cryptic update on Riccardo Calafiori transfer
TV fame Drashti Dhami shares her workout routine during the pregnancy; see video
According to BioWare, Dragon Age: The Veilguard is the first entry in the series where "the combat's actually fun" and where characters are "intentionally" the focus of the storytelling, which seems pretty unfair on the first three games
Warner Bros acquires MultiVersus devs as it shifts focus to free-to-play
D&D's new 2024 Player's Handbook will have 10 species to choose from including goliaths, and drow will be closer to their Baldur's Gate 3 version
Путин назначил Романа Курынина замглавы МЧС России
22 июля Всемирный день мозга. Отвечаем на популярные вопросы о когнитивных расстройствах
Представители «Метровагонмаш-Сервиса» посетили СЛД «Москва-Сортировочная» филиала «Московский» компании «ЛокоТех-Сервис» для обмена опытом
Филиал № 4 ОСФР по Москве и Московской области информирует:
За полгода 14,9 тысячи жителей Московского региона оформили страховую пенсию в автоматическом режиме на портале госуслуг
Отрытый конкурс красоты и таланта «Одна на миллион»
Филиал № 4 ОСФР по Москве и Московской области информирует:
За полгода 14,9 тысячи жителей Московского региона оформили страховую пенсию в автоматическом режиме на портале госуслуг
Как выбрать инструменты для автомобиля?
Филиал № 4 ОСФР по Москве и Московской области информирует:
С начала 2024 года 140 тысяч женщин и новорожденных Московского региона получили услуги по родовым сертификатам
Путин назначил Романа Курынина замглавы МЧС России
Главный врач клиники микрохирургии глаза АйМед Элина Санторо: что такое катаракта на самом деле
22 июля Всемирный день мозга. Отвечаем на популярные вопросы о когнитивных расстройствах
Филиал № 4 ОСФР по Москве и Московской области информирует:
За полгода 14,9 тысячи жителей Московского региона оформили страховую пенсию в автоматическом режиме на портале госуслуг