Toward a cerebello-thalamo-cortical computational model of spinocerebellar ataxia

神经科学 局部场电位 小脑 小脑共济失调 丘脑 计算模型 共济失调 抑制性突触后电位 小脑皮质 脊髓小脑共济失调 运动皮层 心理学 计算机科学 刺激 人工智能
作者
Gajendra Kumar,Chi Him Eddie
出处
期刊:Neural Networks [Elsevier BV]
卷期号:162: 541-556 被引量:7
标识
DOI:10.1016/j.neunet.2023.01.045
摘要

Computational neural network modelling is an emerging approach for optimization of drug treatment of neurological disorders and fine-tuning of rehabilitation strategies. In the current study, we constructed a cerebello-thalamo-cortical computational neural network model to simulate a mouse model of cerebellar ataxia (pcd5J mice) by manipulating cerebellar bursts through reduction of GABAergic inhibitory input. Cerebellar output neurons were projected to the thalamus and bidirectionally connected with the cortical network. Our results showed that reduction of inhibitory input in the cerebellum orchestrated the cortical local field potential (LFP) dynamics to generate specific motor outputs of oscillations of the theta, alpha, and beta bands in the computational model as well as in mouse motor cortical neurons. The therapeutic potential of deep brain stimulation (DBS) was tested in the computational model by increasing the sensory input to restore cortical output. Ataxia mice showed normalization of the motor cortex LFP after cerebellum DBS. We provide a novel approach to computational modelling to investigate the effect of DBS by mimicking cerebellar ataxia involving degeneration of Purkinje cells. Simulated neural activity coincides with findings from neural recordings of ataxia mice. Our computational model could thus represent cerebellar pathologies and provide insight into how to improve disease symptoms by restoring neuronal electrophysiological properties using DBS.
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