![Page 1: Agy a g´epben – g´ep az agyban: Az agyk´ereg m˝uk¨od´es´enek … · Agy a g´epben – g´ep az agyban: Az agyk´ereg m˝uk¨od´es´enek sz´am´ıto´g´epes modellez´ese](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040719/5e29142ef5e4285e1c2dbaa8/html5/thumbnails/1.jpg)
Agy a gepben – gep az agyban:
Az agykereg mukodesenek szamıtogepes modellezese
fam
iliar
ity
dentategyrus
septum
entorhinalcortex
CA3
sensory data
Kali Szabolcs (MTA Kıserleti Orvostudomanyi Kutatointezet)
![Page 2: Agy a g´epben – g´ep az agyban: Az agyk´ereg m˝uk¨od´es´enek … · Agy a g´epben – g´ep az agyban: Az agyk´ereg m˝uk¨od´es´enek sz´am´ıto´g´epes modellez´ese](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040719/5e29142ef5e4285e1c2dbaa8/html5/thumbnails/2.jpg)
Mikorra ertjuk meg az agy mukodeset?
Evtizedek ota nagyon sokan, sokfele eszkozzel vizsgaljak az
idegrendszert, megsem igazan ertjuk, hogyan mukodik.
Miert van ez ıgy?
Nehany ok, amiert a problema nagyon nehez:
• igen nagyszamu heterogen elem, tobbdimenzios, nemlinearis belso
dinamikaval
• sokfele, bonyolult szervezodesu, allapotfuggo, kesleltetett
kolcsonhatas
• szamos kulonbozo, de egymassal atfedo idoskala
• evoluciosan kialakult, az egyedfejlodes soran a kornyezettel
kolcsonhatasban formalodo, feladatspecifikus megoldasok
Teljesen remenytelen a feladat?
Amellett fogok ervelni, hogy nem az...
![Page 3: Agy a g´epben – g´ep az agyban: Az agyk´ereg m˝uk¨od´es´enek … · Agy a g´epben – g´ep az agyban: Az agyk´ereg m˝uk¨od´es´enek sz´am´ıto´g´epes modellez´ese](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040719/5e29142ef5e4285e1c2dbaa8/html5/thumbnails/3.jpg)
Tisztan”bottom-up” megkozelıtes
Minden reszletet pontosan modellezve feltehetoen helyes eredmenyt
kapnank, de
• remenytelen megmerni az osszes parametert
• lehetetlen pontosan tudni a kezdeti allapotot
• kaotikus viselkedes is elkepzelheto
• egy ilyen modell korlatozottan lenne hasznos:
– in silico kıserletezesre hasznalhato
• vezetne-e valodi megerteshez?
– ez fugg a”megertes” definiciojatol...
Egy ilyen jellegu megkozelıtes: Human Brain Project...
![Page 4: Agy a g´epben – g´ep az agyban: Az agyk´ereg m˝uk¨od´es´enek … · Agy a g´epben – g´ep az agyban: Az agyk´ereg m˝uk¨od´es´enek sz´am´ıto´g´epes modellez´ese](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040719/5e29142ef5e4285e1c2dbaa8/html5/thumbnails/4.jpg)
Az Emberi Agy Projekt (Human Brain Project)
• a ket EU FET Flagship (”Zaszloshajo”) projekt egyike
• 2013-2023 kozott, > 1 milliard euro koltsegvetessel
• > 100 resztvevo partner (Magyarorszagrol MTA KOKI)
• az aggyal kapcsolatos (alapkutatasi es klinikai) adatok
osszegyujtese, rendszerezese es elemzese
• realisztikus (eger es emberi) agymodellek letrehozasa es
szimulacioja
• interaktıv (exaflop, exabyte) szuperszamıtastechnika
• uj neuromorf rendszerek, robotika
• a vilag kutatoi szamara nyitott informatikai platformok
• hasznos lehet, de szukseg van mas megkozelıtesre is!
![Page 5: Agy a g´epben – g´ep az agyban: Az agyk´ereg m˝uk¨od´es´enek … · Agy a g´epben – g´ep az agyban: Az agyk´ereg m˝uk¨od´es´enek sz´am´ıto´g´epes modellez´ese](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040719/5e29142ef5e4285e1c2dbaa8/html5/thumbnails/5.jpg)
Sok elem: regiok, idegsejtek, szinapszisok
Az emberi agyban ∼ 1011 idegsejt, ∼ 1014 szinapszis van.
![Page 6: Agy a g´epben – g´ep az agyban: Az agyk´ereg m˝uk¨od´es´enek … · Agy a g´epben – g´ep az agyban: Az agyk´ereg m˝uk¨od´es´enek sz´am´ıto´g´epes modellez´ese](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040719/5e29142ef5e4285e1c2dbaa8/html5/thumbnails/6.jpg)
Sok elem: Gyakran hasznalt egyszerusıtesek:
• lehet egyszerubb elolenyek (pl. C. elegans) idegrendszeret
vizsgalni
– 302 idegsejtje, ∼ 6400 kemiai es ∼ 900 elektromos szinapszisa
van
• lehet egyetlen vagy nehany kolcsonhato agyteruletet, ill. in vitro
agyszeletet vizsgalni
– egy agyteruleten, agyszeletben ∼ 104 − 109 idegsejt,
∼ 107 − 1012 szinapszis van
• modellben: lehet idegsejt-populaciok atlagos aktivitasat tekinteni
valtozoknak
![Page 7: Agy a g´epben – g´ep az agyban: Az agyk´ereg m˝uk¨od´es´enek … · Agy a g´epben – g´ep az agyban: Az agyk´ereg m˝uk¨od´es´enek sz´am´ıto´g´epes modellez´ese](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040719/5e29142ef5e4285e1c2dbaa8/html5/thumbnails/7.jpg)
Osszetett elemek: idegsejtek es szinapszisok
• elektromos es kemiai jelek
• az egyes sejteken belul osszetett,
nemlinearis feldolgozas
– dendritikus akcios potencialok
• szinaptikus ingeruletatvitel:
– serkento, gatlo, modulalo
– allapotfuggo, kesleltetett, tobb
idoskalan plasztikus
![Page 8: Agy a g´epben – g´ep az agyban: Az agyk´ereg m˝uk¨od´es´enek … · Agy a g´epben – g´ep az agyban: Az agyk´ereg m˝uk¨od´es´enek sz´am´ıto´g´epes modellez´ese](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040719/5e29142ef5e4285e1c2dbaa8/html5/thumbnails/8.jpg)
Osszetett elemek: gyakori egyszerusıtesek
Es EK ENaECaEL
v vvs
V1
g0,1EK ENaECaEL
v v v
V2
g4,2
EK ENaECaEL
v v v
V3g5,3
g2,1
12
3
g1,2
g1,3g3,1
g1,0
g2,4
g3,5
• morfologiailag es biofizikai-
lag reszletes, sokrekeszes sejt-
modellek → egyszerusıtett,
tuzelo vagy rata-alapu sejtmo-
dellek
output v
input u
weights w
v = F (w · u)
• a szinapszisok is informacio-
feldolgozo egysegek, sajat
allapotvaltozokkal – ezt gyak-
ran elhanyagoljuk
![Page 9: Agy a g´epben – g´ep az agyban: Az agyk´ereg m˝uk¨od´es´enek … · Agy a g´epben – g´ep az agyban: Az agyk´ereg m˝uk¨od´es´enek sz´am´ıto´g´epes modellez´ese](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040719/5e29142ef5e4285e1c2dbaa8/html5/thumbnails/9.jpg)
Heterogen elemek
Sejt-tıpusok, egy tıpuson belul is variabilitas (funkcionalis szinten is!).
Gyakran hasznalt egyszerusıtesek: nehany sejttıpus, legfeljebb par
veletlen parameter.
![Page 10: Agy a g´epben – g´ep az agyban: Az agyk´ereg m˝uk¨od´es´enek … · Agy a g´epben – g´ep az agyban: Az agyk´ereg m˝uk¨od´es´enek sz´am´ıto´g´epes modellez´ese](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040719/5e29142ef5e4285e1c2dbaa8/html5/thumbnails/10.jpg)
Osszetett kapcsolatrendszer
Nem szabalyos, de nem is veletlenszeru, tobb meretskala.
Gyakran hasznalt egyszerusıtesek: homogen / veletlenszeru / fixstrukturaju / tanult (a halozati dinamika es aktivitas-fuggo tanulasiszabalyok alkalmazasaval kiszamıthato / szimulalhato) anatomiai esfunkcionalis kapcsolatok.
![Page 11: Agy a g´epben – g´ep az agyban: Az agyk´ereg m˝uk¨od´es´enek … · Agy a g´epben – g´ep az agyban: Az agyk´ereg m˝uk¨od´es´enek sz´am´ıto´g´epes modellez´ese](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040719/5e29142ef5e4285e1c2dbaa8/html5/thumbnails/11.jpg)
Szervezodesi szintek es vizsgalati modszerek
Az elmeletek is csak egy (vagy nehany) szintet fognak at, ezert ossze
kell oket kapcsolni:”bottom-up” es
”top-down” strategiak
![Page 12: Agy a g´epben – g´ep az agyban: Az agyk´ereg m˝uk¨od´es´enek … · Agy a g´epben – g´ep az agyban: Az agyk´ereg m˝uk¨od´es´enek sz´am´ıto´g´epes modellez´ese](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040719/5e29142ef5e4285e1c2dbaa8/html5/thumbnails/12.jpg)
Az agykereg tobbszintu funkcionalis modellezese
Alapkerdesek: Milyen szamıtast vegez ez az agykergi terulet? Mik
ennek a sejt- es halozati szintu mechanizmusai?
Egy”egyszeru”
pelda:
a hippokampusz
CA1 regioja
O−LM cell
pyramidal
cellbasket
cell
perforant path
collateralsSchaffer
![Page 13: Agy a g´epben – g´ep az agyban: Az agyk´ereg m˝uk¨od´es´enek … · Agy a g´epben – g´ep az agyban: Az agyk´ereg m˝uk¨od´es´enek sz´am´ıto´g´epes modellez´ese](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040719/5e29142ef5e4285e1c2dbaa8/html5/thumbnails/13.jpg)
Agykergi modellrendszerunk: a hippokampusz
Funkcioi:
• Hosszutavu deklaratıv memoria
• Terreprezentacio es terbeli tajekozodas
• Osszetett (konjunktıv) reprezentaciok letrehozasa
![Page 14: Agy a g´epben – g´ep az agyban: Az agyk´ereg m˝uk¨od´es´enek … · Agy a g´epben – g´ep az agyban: Az agyk´ereg m˝uk¨od´es´enek sz´am´ıto´g´epes modellez´ese](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040719/5e29142ef5e4285e1c2dbaa8/html5/thumbnails/14.jpg)
A hippokampusz szerepe a memoriaban: leziok
![Page 15: Agy a g´epben – g´ep az agyban: Az agyk´ereg m˝uk¨od´es´enek … · Agy a g´epben – g´ep az agyban: Az agyk´ereg m˝uk¨od´es´enek sz´am´ıto´g´epes modellez´ese](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040719/5e29142ef5e4285e1c2dbaa8/html5/thumbnails/15.jpg)
A hippokampusz szerepe a memoriaban: kepalkotas
1, medial frontal cortex; 2, left temporal pole; 3, left hippocampus; 4, leftanterolateral middle temporal gyrus; 5, left parahippocampal cortex; 6, posteriorcingulate/retrosplenial cortex; 7, left temporoparietal junction; 8, right temporalpole; and 9, right posterior cerebellum
![Page 16: Agy a g´epben – g´ep az agyban: Az agyk´ereg m˝uk¨od´es´enek … · Agy a g´epben – g´ep az agyban: Az agyk´ereg m˝uk¨od´es´enek sz´am´ıto´g´epes modellez´ese](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040719/5e29142ef5e4285e1c2dbaa8/html5/thumbnails/16.jpg)
A hippokampusz szerepe a memoriaban: sejtaktivitas
on
Oct
ober
9, 2
008
ww
w.s
cien
cem
ag.o
rgD
ownl
oade
d fr
om
A hippokampusz idegsejtjei szelektıven aktivalodnak kulonbozo
temaju videoklipek hatasara.
![Page 17: Agy a g´epben – g´ep az agyban: Az agyk´ereg m˝uk¨od´es´enek … · Agy a g´epben – g´ep az agyban: Az agyk´ereg m˝uk¨od´es´enek sz´am´ıto´g´epes modellez´ese](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040719/5e29142ef5e4285e1c2dbaa8/html5/thumbnails/17.jpg)
A hippokampusz szerepe a memoriaban: sejtaktivitas (2)
A hippokampusz idegsejtjei ujraaktivalodnak emlekezes soran.
![Page 18: Agy a g´epben – g´ep az agyban: Az agyk´ereg m˝uk¨od´es´enek … · Agy a g´epben – g´ep az agyban: Az agyk´ereg m˝uk¨od´es´enek sz´am´ıto´g´epes modellez´ese](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040719/5e29142ef5e4285e1c2dbaa8/html5/thumbnails/18.jpg)
A hippokampusz szerepe a memoriaban: elmeletek
A komplementer memoriarendszerek elmelete szerint
• a neokortex (az agykereg nagy resze) feladata a kulvilag altalanos
belso reprezentaciojanak kialakıtasa
• a neokortex altalaban csak lassu, fokozatos tanulasra kepes
• a hippokampusz felelos tetszoleges ingerkombinaciok gyors
tarolasaert
A memoria-konszolidacios hipotezis szerint
• a hippokampusz csak atmenetileg tarolja az informaciot
• a memorianyomok idovel”atkerulnek” a neokortexbe, es
• ennek mechanizmusa a hippokampalis memorianyomok”off-line”
reaktivacioja lehet
![Page 19: Agy a g´epben – g´ep az agyban: Az agyk´ereg m˝uk¨od´es´enek … · Agy a g´epben – g´ep az agyban: Az agyk´ereg m˝uk¨od´es´enek sz´am´ıto´g´epes modellez´ese](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040719/5e29142ef5e4285e1c2dbaa8/html5/thumbnails/19.jpg)
A hippokampusz szerepe a tajekozodasban: sejtaktivitas
Az agykeregben legalabb reszben ratakodolas van - receptıv mezok,
populacios kod.
A hippokampuszban helysejtek, a bemenetet ado entorhinalis
keregben racssejtek talalhatok (Nobel-dıj, 2014).
![Page 20: Agy a g´epben – g´ep az agyban: Az agyk´ereg m˝uk¨od´es´enek … · Agy a g´epben – g´ep az agyban: Az agyk´ereg m˝uk¨od´es´enek sz´am´ıto´g´epes modellez´ese](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040719/5e29142ef5e4285e1c2dbaa8/html5/thumbnails/20.jpg)
A hippokampusz szerepe a tajekozodasban: leziok
• Hippokampuszserult amnezias betegekben a termemoria es az uj
kornyezetben valo tajekozodas is serul
• A hippokampusz kiirtasa patkanyokban sulyos deficithez vezet
szamos terbeli feladatban (pl. referencia-memoria a Morris-fele
vizes labirintusban vagy a 8-karu radialis labirintusban)
![Page 21: Agy a g´epben – g´ep az agyban: Az agyk´ereg m˝uk¨od´es´enek … · Agy a g´epben – g´ep az agyban: Az agyk´ereg m˝uk¨od´es´enek sz´am´ıto´g´epes modellez´ese](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040719/5e29142ef5e4285e1c2dbaa8/html5/thumbnails/21.jpg)
A hippokampusz szerepe a tajekozodasban: kepalkotas
![Page 22: Agy a g´epben – g´ep az agyban: Az agyk´ereg m˝uk¨od´es´enek … · Agy a g´epben – g´ep az agyban: Az agyk´ereg m˝uk¨od´es´enek sz´am´ıto´g´epes modellez´ese](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040719/5e29142ef5e4285e1c2dbaa8/html5/thumbnails/22.jpg)
Hogyan tarolja az emleknyomokat a hippokampusz?
A hippokampusz CA3 regiojaban a rekurrens halozat autoasszociatıv
memoriakent (pl. Hopfield halozat; fixpont attraktorok) es/vagy
szekvencia-tanulo es -generalo halozatkent mukodhet.
![Page 23: Agy a g´epben – g´ep az agyban: Az agyk´ereg m˝uk¨od´es´enek … · Agy a g´epben – g´ep az agyban: Az agyk´ereg m˝uk¨od´es´enek sz´am´ıto´g´epes modellez´ese](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040719/5e29142ef5e4285e1c2dbaa8/html5/thumbnails/23.jpg)
A hippokampalis helysejtek modellezese
Helysejtek: az allat terbeli helyzetenek populacios kodja
Hogyan jon letre ez a reprezentacio?
CA3 regio rekurrens halozata – folytonos attraktor halozat
Szinaptikus plaszticitas – tanult attraktorok
Mennyire kepes egy”on-line” megtanult attraktor modell leırni a
helysejt-reprezentacio kıserletileg meghatarozott tulajdonsagait?
![Page 24: Agy a g´epben – g´ep az agyban: Az agyk´ereg m˝uk¨od´es´enek … · Agy a g´epben – g´ep az agyban: Az agyk´ereg m˝uk¨od´es´enek sz´am´ıto´g´epes modellez´ese](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040719/5e29142ef5e4285e1c2dbaa8/html5/thumbnails/24.jpg)
A modell attekintese
fam
iliar
ity
dentategyrus
septum
entorhinalcortex
CA3
sensory data
Kali & Dayan, 2000
![Page 25: Agy a g´epben – g´ep az agyban: Az agyk´ereg m˝uk¨od´es´enek … · Agy a g´epben – g´ep az agyban: Az agyk´ereg m˝uk¨od´es´enek sz´am´ıto´g´epes modellez´ese](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040719/5e29142ef5e4285e1c2dbaa8/html5/thumbnails/25.jpg)
Eredmenyek
A modell helyesen ırja le a helysejtek szamos tulajdonsagat, pl.
megfelelo korulmenyek kozott az irany-fuggest illetve -fuggetlenseget:
0 0.5 1 1.5 2
0
0.5
1
a
0 0.5 1 1.5 2
0
0.5
10 0.5 1 1.5 2
0
0.5
1
0 0.5 1 1.5 2
0
0.5
1
b
A halozat kepes kolcsonhatas-mentesen tobb kornyezetet
reprezentalni.
R1
C
R2
![Page 26: Agy a g´epben – g´ep az agyban: Az agyk´ereg m˝uk¨od´es´enek … · Agy a g´epben – g´ep az agyban: Az agyk´ereg m˝uk¨od´es´enek sz´am´ıto´g´epes modellez´ese](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040719/5e29142ef5e4285e1c2dbaa8/html5/thumbnails/26.jpg)
A modell kepes visszaadni a kornyezet atalakıtasanak hatasat.
Nagyon hasonlo kornyezetekben a reprezentaciok reszlegesen fednek
at.
DE: Ebbol a modellbol teljesen hianyzott az ido-dimenzio:
oszcillaciok, szekvenciak, faziskod.
![Page 27: Agy a g´epben – g´ep az agyban: Az agyk´ereg m˝uk¨od´es´enek … · Agy a g´epben – g´ep az agyban: Az agyk´ereg m˝uk¨od´es´enek sz´am´ıto´g´epes modellez´ese](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040719/5e29142ef5e4285e1c2dbaa8/html5/thumbnails/27.jpg)
Agykergi halozati dinamika
Globalis dinamika (atlagos sejtaktivitas valtozasa):
• oszcillaciok kulonbozo frekvencia-savokban
• alacsony es magas aktivitasu allapotok spontan valtakozasa
• viselkedesfuggo populacios aktivitas-mintazatok a
hippokampuszban:
– theta oszcillacio (4-10 Hz) – exploracio, REM alvas soran
– gamma oszcillacio (30-80 Hz) – gyakran thetaba agyazva
– eles hullamok – eber nyugalmi allapot, melyalvas soran
• kereg alatti modulalo bemenetek hozhatjak letre a valtozast
• a kulonbozo dinamika eltero (memoria)funkciokat valosıthat meg,
pl. tarolas, elohıvas, konszolidacio, fenntartas
![Page 28: Agy a g´epben – g´ep az agyban: Az agyk´ereg m˝uk¨od´es´enek … · Agy a g´epben – g´ep az agyban: Az agyk´ereg m˝uk¨od´es´enek sz´am´ıto´g´epes modellez´ese](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040719/5e29142ef5e4285e1c2dbaa8/html5/thumbnails/28.jpg)
Aktivitas-mintazatok ujraaktivalodasa a hippokampuszban
![Page 29: Agy a g´epben – g´ep az agyban: Az agyk´ereg m˝uk¨od´es´enek … · Agy a g´epben – g´ep az agyban: Az agyk´ereg m˝uk¨od´es´enek sz´am´ıto´g´epes modellez´ese](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040719/5e29142ef5e4285e1c2dbaa8/html5/thumbnails/29.jpg)
Hippokampalis allapotatmenet in vitro
500 ms
0.2
mV
+ 10 uM CCh
PC
BC
![Page 30: Agy a g´epben – g´ep az agyban: Az agyk´ereg m˝uk¨od´es´enek … · Agy a g´epben – g´ep az agyban: Az agyk´ereg m˝uk¨od´es´enek sz´am´ıto´g´epes modellez´ese](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040719/5e29142ef5e4285e1c2dbaa8/html5/thumbnails/30.jpg)
Az allapotatmenet kvalitatıv modellje
![Page 31: Agy a g´epben – g´ep az agyban: Az agyk´ereg m˝uk¨od´es´enek … · Agy a g´epben – g´ep az agyban: Az agyk´ereg m˝uk¨od´es´enek sz´am´ıto´g´epes modellez´ese](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040719/5e29142ef5e4285e1c2dbaa8/html5/thumbnails/31.jpg)
CA3 populacios dinamika modellezese
A Gulyas Attila es Hajos Norbert vezetesevel
gyujtott in vitro adatok alapjan a serkento pira-
missejtek (PC) es a gatlo kosarsejtek (BC) kulcs-
szereplok a halozati dinamikaban.
Halozati modellt epıtettunk egyszeru tuzelo
(integrate-and-fire) neuronokbol (8000 PC, 150
BC, + lassu interneuronok) a mert adatok alapjan:
• anatomia (konnektivitas)
• egysejt-fiziologia (valasz araminjekciora)
• szinaptikus fiziologia
−200 −100 0 100 200 300 400 5000
5
10
15
20
25
30
Input current (pA)
Firi
ng r
ate
(Hz)
Pyramidal cell
−200 −100 0 100 200 300 400 5000
50
100
150
200
250
Input current (pA)
Firi
ng r
ate
(Hz)
Basket cell
PC
BC
![Page 32: Agy a g´epben – g´ep az agyban: Az agyk´ereg m˝uk¨od´es´enek … · Agy a g´epben – g´ep az agyban: Az agyk´ereg m˝uk¨od´es´enek sz´am´ıto´g´epes modellez´ese](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040719/5e29142ef5e4285e1c2dbaa8/html5/thumbnails/32.jpg)
Eles hullam - gamma oszcillacio atmenet a modellben
Parameterek alapertekeken Modulalt parameterek
DE: a mert atlagok koruli veletlen parameter-variaciokat feltetelezve
nem sikerult a kıserleteknek megfelelo (mersekelt) aktivitasi szinteket
kapni az eles hullamok alatt.
![Page 33: Agy a g´epben – g´ep az agyban: Az agyk´ereg m˝uk¨od´es´enek … · Agy a g´epben – g´ep az agyban: Az agyk´ereg m˝uk¨od´es´enek sz´am´ıto´g´epes modellez´ese](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040719/5e29142ef5e4285e1c2dbaa8/html5/thumbnails/33.jpg)
A serkento rekurrens kapcsolatok erossegenek tanulasa...
Modellezzuk egymassal atfedo helymezovel rendelkezo helysejtek
tuzeleset exploracio soran, hely- es thetafazis-modulalt inhomogen
Poisson folyamattal
A
B
A A B A A A A AB B B B B B
BA
Fir
ing
ra
te
STDP
![Page 34: Agy a g´epben – g´ep az agyban: Az agyk´ereg m˝uk¨od´es´enek … · Agy a g´epben – g´ep az agyban: Az agyk´ereg m˝uk¨od´es´enek sz´am´ıto´g´epes modellez´ese](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040719/5e29142ef5e4285e1c2dbaa8/html5/thumbnails/34.jpg)
A serkento rekurrens kapcsolatok erossegenek tanulasa...
Modellezzuk egymassal atfedo helymezovel rendelkezo helysejtek
tuzeleset exploracio soran, hely- es thetafazis-modulalt inhomogen
Poisson folyamattal
A
B
A A B A A A A AB B B B B B
BA
Fir
ing
ra
te
STDP
A serkento rekurrens sulyok
egy, az akcios potencialok
idozıtesetol fuggo tanulasi
szabaly alkalmazasa utan.
![Page 35: Agy a g´epben – g´ep az agyban: Az agyk´ereg m˝uk¨od´es´enek … · Agy a g´epben – g´ep az agyban: Az agyk´ereg m˝uk¨od´es´enek sz´am´ıto´g´epes modellez´ese](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040719/5e29142ef5e4285e1c2dbaa8/html5/thumbnails/35.jpg)
...helysejt-szekvenciak visszajatszasahoz vezet eles hullamok soran!
Spontan modon keletkezo eles
hullamok CA3-as piramissej-
tek es kosarsejtek halozataban,
exploracio soran tanult rekur-
rens sulyokkal, megismetlik a
theta aktivitas soran merheto
aktivitasi szekvenciakat. (Eb-
ben a peldaban nincs az eles
hullamokat leallıto mechaniz-
mus.)
A piramissejtek es kosarsejtek
atlagos tuzelesi aktivitasa is
megfelel a kıserleti adatoknak!
0 50 100 150 200
0 50 100 150 200
0 50 100 150 200
Time (ms)
Act
. of
ba
ske
t ce
lls
100
200
300
400
500
600
5
10
15
Act
. of
py
ram
ida
l ce
lls
Sa
mp
le o
f b
ask
et
cell
s, p
yra
mid
al c
ell
s (p
op
ula
tio
ns
1-1
8)
![Page 36: Agy a g´epben – g´ep az agyban: Az agyk´ereg m˝uk¨od´es´enek … · Agy a g´epben – g´ep az agyban: Az agyk´ereg m˝uk¨od´es´enek sz´am´ıto´g´epes modellez´ese](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040719/5e29142ef5e4285e1c2dbaa8/html5/thumbnails/36.jpg)
A kapcsolati matrix strukturaja hatarozza meg a globalis dinamikat
Ha osszekeverjuk minden sejtnek a bemeno vagy kimeno sulyait,
elromlik a dinamika:
A sulymatrix kulonbozo manipulacioinak segıtsegevel megprobaljuk
kiderıteni, hogy a kapcsolati matrix milyen tulajdonsagai fontosak a
dinamika szempontjabol.
![Page 37: Agy a g´epben – g´ep az agyban: Az agyk´ereg m˝uk¨od´es´enek … · Agy a g´epben – g´ep az agyban: Az agyk´ereg m˝uk¨od´es´enek sz´am´ıto´g´epes modellez´ese](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040719/5e29142ef5e4285e1c2dbaa8/html5/thumbnails/37.jpg)
Konkluziok, nyitott kerdesek
• egyszerusıtett modellek segıtsegevel kozelıtoleg leırhato az
agykergi halozati dinamika, a reprezentaciok es a tanulas
kapcsolata
• nagyon lenyeges, hogy hol egyszerusıtunk, es hol nem
• a hippokampusz CA3 regiojanak egyszerusıtett halozati modellje
kepes leırni kulonbozo dinamikak (SWR vs. gamma) kozotti
atmenetet a kıserletileg meghatarozott parameter-valtozasokkal –
tehat a modellben szereplo mechanizmusok elegsegesek ennek
megertesehez
• a serkento kolcsonhatasok finom szerkezete nem csak a kodolas,
hanem a globalis dinamika szempontjabol is meghatarozo
• fontos lenne, hogy minel realisztikusabb modelleket tudjunk
elemezni, lehetoleg analitikusan, es megertsuk a kortikalis
dinamika mukodeset, kulonos tekintettel a tranziensekre
• orommel kezdenek tovabbi egyuttmukodeseket dinamikai
rendszerekben, differencialegyenletek megoldasaban (esetleg
folytonos nemlinearis optimalizacioban) jaratos szakemberekkel
![Page 38: Agy a g´epben – g´ep az agyban: Az agyk´ereg m˝uk¨od´es´enek … · Agy a g´epben – g´ep az agyban: Az agyk´ereg m˝uk¨od´es´enek sz´am´ıto´g´epes modellez´ese](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040719/5e29142ef5e4285e1c2dbaa8/html5/thumbnails/38.jpg)
Koszonet:
• Vertes Eszter
• Gulyas Attila
• Hajos Norbert
• Freund Tamas
• Schlingloff Daniel
• Kohus Zsolt
• Karlocai Rita
• Peter Dayan
• Miklos Istvan
Kıserletezo kollegaimmal egyutt varjuk a lelkes diakok jelentkezeset
tudomanyos diakkori munkara!!!
E-mail: [email protected]