Repetitive stimulation modifies network characteristics of neural organoid circuits

类有机物 刺激 生物神经网络 神经科学 计算机科学 生物
作者
Siu Yu A. Chow,Huaruo Hu,Tomoya Duenki,Tetsuhiko Asakura,Sota Sugimura,Yoshiho Ikeuchi
出处
期刊: [Cold Spring Harbor Laboratory]
标识
DOI:10.1101/2025.01.16.633310
摘要

Abstract Neural organoids form complex networks but lack external stimuli and hierarchical structures crucial for refining functional microcircuits. In this study, we modeled the hierarchical and modular network organization by connecting multiple organoids and tested if the connection enhances the external stimuli-induced network refinement. We cultured networks of one, two, or three organoids on high-density microelectrode arrays, applied repetitive stimulation at two input locations from the microelectrodes, and monitored emergence of output signals that can decode the stimulus locations with machine learning algorithms. After two weeks of daily stimulation, networks of three organoids showed significantly higher stimulus decoding capability compared to the simpler one- or two-organoid networks. Long-term stimulation induced pronounced changes in the three-organoid network’s response patterns, spontaneous activity, and inter- and intra-organoid functional connectivity. These findings underscore the importance of hierarchical network organization, e.g. creating distinct subnetworks with specialized roles, for stimuli-induced formation of circuits with robust input-output functionality.
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