Information processes in neurons

Abstract

Neurony spolu komunikují pomocí posloupností akčních potenciálů. Celý tento proces může být popsán detailními biochemickými modely membrány a iontových kanálů na neuronu nebo jednoduššími fenomenologickými mo- dely (typickým představitelem jsou tzv. "integrate-and-fire" modely) nebo případně ještě více abstraktními modely sledu akčních potenciálů bez při- hlédnutí k dynamice membrány neuronu. Vybrali jsme konkrétní variantu stochastického "leaky integrate-and-fire" modelu a porovnali jí s aktivitou biologického neuronu (nitrobuněčný zá- znam pořízený in-vivo). Provedli jsme statistický odhad parametrů modelu a na základě počítačových simulací úspěšně srovnali modelovaný záznam se záznamem z reálného neuronu. Při abstraktnější úrovni popisu je sled akčních potenciálů analyzován pouze jako množina bodových událostí v čase a základní otázka zní, jakým způsobem je vnější podnět kódován v zaznamenané posloupnosti akčních po- tenciálů. Bylo navrženo mnoho odlišných kódů pro řešení rozmanitých úloh v neuronových sítích. My jsme se zaměřili na otevřený problém neuronál- ního kódu v úloze prostorového slyšení u savců. V současnosti je zvažováno několik teorií vysvětlujících experimentální nálezy. V naší práci navrhujeme specifickou variantu modelu založeného na frekvenčním kódu. Zkonstruovaný neuronový obvod,...

Neurons communicate by action potentials. This process can be described by very detailed biochemical models of neuronal membrane and its channels, or by simpler phenomenological models of membrane potential (integrate-and- fire models) or even by very abstract models when only time of spikes are considered. We took one particular description - stochastic leaky integrate-and-fire model - and compared it with recorded in-vivo intracellular activity of the neuron. We estimated parameters of this model, compared how the model simulation corresponds with a real neuron. It can be concluded that the data are generally consistent with the model. At a more abstract level of description, the spike trains are analyzed without considering exact membrane voltage and one asks how the external stimulus is encoded in the spike train emitted by neurons. There are many neuronal codes described in literature and we focused on the open problem of neural code responsible for spatial hearing in mammals. Several theories explaining the experimental findings have been proposed and we suggest a specific variant of so called slope-encoding model. Neuronal circuit mimick- ing auditory pathway up to the first binaural neuron was constructed and experimental results were reproduced. Finally, we estimated the minimal number of such...