Papel da oscilação da frequência gama na seleção de neurônios e na formação de células de lugar no giro denteado

Abstract

Esta tese defende a noção de que as oscilações gama não são apenas responsáveis pela atividade sincronizada de neurônios, mas também apresentam uma segunda função: selecionar qual célula principal vai disparar. Este processo de seleção ocorreria através da interação entre excitação e retroalimentação inibitória na freqüência gama. É observado aqui que este processo de seleção não está relacionado com a fração de células disparando a cada ciclo gama, mas sim com a excitação supralimiar (E) dentro de uma percentagem da excitação máxima (E%-max). Este processo é chamado aqui de E%-max winner-take-all ("vencedor-leva-tudo"). Visando testar a utilidade deste modelo, o E%-max é aplicado a duas redes diferentes: no primeiro trabalho é analisado o papel das oscilações no córtex visual primário (V1), um dos poucos sistemas onde tanto a taxa de disparos quando a excitação intracelular foram medidas diretamente. O primeiro trabalho apresentado aqui mostra que um processo de seleção do tipo E%-max winner-take-all fornece uma explicação simples de por que a sintonia de orientação dos disparos é mais estreita que a sintonia de excitação, e por que esta diferença não é alterada com o aumento da excitação. O segundo trabalho investiga como o processo E%-max influencia a formação de células de lugar (place cells) no giro denteado a partir de células de grade (grid cells) corticais. Os resultados mostram que as células granulares simuladas possuem mapas de disparos com um ou mais "campos receptivos espaciais" (place fields) cujo tamanho e número se aproxima dos resultados observados experimentalmente. A conclusão aqui é que esta transformação de entradas e saídas de células granulares no giro denteado não depende fortemente das modificações sinápticas, e que a formação de "campos de lugar" pode ser entendida em termos de simples somatórios de entradas excitatórias escolhidas aleatoriamente juntamente com um mecanismo do tipo E%-max winner-take-all.

This work argues that gamma oscillations are not only responsible for synchronized activity but also have a second function: they select which principal cells fire. This selection process occurs through the interaction of excitation with gamma frequency feedback inhibition. Here is observed that this selection process is not related to the fraction of cells firing at each gamma cycle, but rather related to the suprathreshold excitation (E) within E% of the cell that has maximum excitation. The process is called here E%-max winner-take-all. To test the utility of this framework, the E%- max is applied to two different networks: the first work analyzes the role of oscillations in V1, one of the few systems where both spiking and intracellular excitation have been directly measured. This work shows that an E%-max winnertake- all process provides a simple explanation for why the orientation tuning of firing is narrower than that of the excitatory input and why this difference is not affected by increasing excitation. The second work investigates how the E%-max process influences the formation of place cells in dentate gyrus from cortical grid cells. The results show that simulated granule cells have firing maps that have one or more place fields whose size and number approximates those observed experimentally. The conclusion here is that the input-output transformation of dentate granule does not depend strongly on synaptic modification; place field formation can be understood in terms of simple summation of randomly chosen excitatory inputs, in conjunction with a winner-take-all network mechanism.