単一スパイク分解能を持つ高周波ニューラル符号の低電力双方向光発生制御の理論解析【JST・京大機械翻訳】

Bansal Himanshu; Gupta Neha; Roy Sukhdev

文献

J-GLOBAL ID：202002292765549606 整理番号：20A2479931

単一スパイク分解能を持つ高周波ニューラル符号の低電力双方向光発生制御の理論解析【JST・京大機械翻訳】

Theoretical Analysis of Low-power Bidirectional Optogenetic Control of High-frequency Neural Codes with Single Spike Resolution

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資料名：
巻： 449 ページ： 165-188 発行年： 2020年
JST資料番号： T0919A ISSN： 0306-4522 CODEN： NRSCDN 資料種別：逐次刊行物 (A)
記事区分：原著論文発行国：オランダ (NLD) 言語：英語 (EN)

神経スパイキングの時空間パターンの低電力および高周波双方向制御は,光遺伝学における主要な課題の1つである。ChR2-NpHR,ChR2(H134R)-eNpHR3.0,Chrimson-GtACR2,および将来のオプシン対,すなわちChronos-Jaws,Chronos-eNpHR3.0,CheRiff-Jawsおよびvf-Chrimson-GtACR2による詳細な理論解析および最適化を提示した。海馬ニューロンと高速スパイキング新皮質介在ニューロンを発現する上記オプシン対における双方向オプトジェネティック制御の生物物理回路モデルを作成した。モデルは,塩化物イオンの重要なリバウンド効果と吸収スペクトルの重なりを含む。赤方偏移オプシンによる青色光吸収は光電流に影響するだけでなく,そのターンオフ速度にも影響する。連続照明の下で,海馬ニューロンにおける40Hz付近のスパイクの双方向制御は,CheRiff-Jawsで0.014mW/mm2と0.8mW/mm2,Chrimson-GtACR2で0.02mW/mm2の非常に低い青色とオレンジ光強度を必要とする。最適光刺激と発現密度の下で,双方向制御の高周波限界は,ChR2-NpHR,60Hzと20Hzで,ChR2(H134R)-eNpHR3.0,90Hzと180Hzで,Chronos-Jawsで90Hzと180Hz,ニューロンと介在ニューロンでChronos-eNpHR3.0で90Hzと250Hzであった。Chrimson-GtACR2は,非常に低い電力で双方向制御を可能にするが,vf-Chrimson-GtACR2は,減少したクロストークで制御を提供する。理論解析は,光遺伝学的ツール組合せのための刺激プロトコルを仮想的に最適化するための計算方法の有用性を強調する。本研究は,所望の時空間分解能を有する神経コードを生成し,光遺伝学的神経補綴デバイスと回路を設計するのに有用である。Copyright 2020 Elsevier B.V., Amsterdam. All rights reserved. Translated from English into Japanese by JST.【JST・京大機械翻訳】

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脳・神経系モデル , 神経の基礎医学 , 中枢神経系

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