Weak coupling of neurons enables very high-frequency and ultra-fast oscillations through the interplay of synchronized phase-shifts

PŘIBYLOVÁ, Lenka; Jan ŠEVČÍK; Veronika ECLEROVÁ; Petr KLIMEŠ; Milan BRÁZDIL a Hil MEIJER. Weak coupling of neurons enables very high-frequency and ultra-fast oscillations through the interplay of synchronized phase-shifts. Network Neuroscience. MIT Press, 2024, roč. 8, č. 1, s. 293-318. ISSN 2472-1751. Dostupné z: https://doi.org/10.1162/netn_a_00351.

Základní údaje

Originální název

Weak coupling of neurons enables very high-frequency and ultra-fast oscillations through the interplay of synchronized phase-shifts

Autoři

PŘIBYLOVÁ, Lenka; Jan ŠEVČÍK ORCID; Veronika ECLEROVÁ; Petr KLIMEŠ; Milan BRÁZDIL a Hil MEIJER

Vydání

Network Neuroscience, MIT Press, 2024, 2472-1751

---

Další údaje

Jazyk

angličtina

Typ výsledku

Článek v odborném periodiku

Obor

10102 Applied mathematics

Stát vydavatele

Spojené státy

Utajení

není předmětem státního či obchodního tajemství

Odkazy

URL

Impakt faktor

Impact factor: 3.100

Kód RIV

RIV/00216224:14310/24:00135302

Organizační jednotka

Přírodovědecká fakulta

DOI

https://doi.org/10.1162/netn_a_00351

UT WoS

001188411200001

EID Scopus

2-s2.0-85189534260

Klíčová slova anglicky

Very High-Frequency Oscillations; Ultra-Fast Oscillations; Neuronal Network Model; Phase-Shifting Synchrony; Bifurcations; Epilepsy

Štítky

14110127, 14311010, podil, rivok

Příznaky

Mezinárodní význam, Recenzováno

---

Anotace

V originále

Recently, in the past decade, high-frequency oscillations (HFOs), very high-frequency oscillations (VHFOs), and ultra-fast oscillations (UFOs) were reported in epileptic patients with drug-resistant epilepsy. However, to this day, the physiological origin of these events has yet to be understood. Our study establishes a mathematical framework based on bifurcation theory for investigating the occurrence of VHFOs and UFOs in depth EEG signals of patients with focal epilepsy, focusing on the potential role of reduced connection strength between neurons in an epileptic focus. We demonstrate that synchronization of a weakly coupled network can generate very and ultra high-frequency signals detectable by nearby microelectrodes. In particular, we show that a bistability region enables the persistence of phase-shift synchronized clusters of neurons. This phenomenon is observed for different hippocampal neuron models, including Morris-Lecar, Destexhe-Paré, and an interneuron model. The mechanism seems to be robust for small coupling, and it also persists with random noise affecting the external current. Our findings suggest that weakened neuronal connections could contribute to the production of oscillations with frequencies above 1000Hz, which could advance our understanding of epilepsy pathology and potentially improve treatment strategies. However, further exploration of various coupling types and complex network models is needed.

---

Návaznosti

GA22-28784S, projekt VaV	Název: Vysokofrekvenční epileptiformní aktivita v lidském mozku na makro- a mikroskopické úrovni Investor: Grantová agentura ČR, Vysokofrekvenční epileptiformní aktivita v lidském mozku na makro- a mikroskopické úrovni
LX22NPO5107, projekt VaV	Název: Národní ústav pro neurologický výzkum Investor: Ministerstvo školství, mládeže a tělovýchovy ČR, Národní ústav pro neurologický výzkum, 5.1 EXCELES
MUNI/A/1132/2022, interní kód MU	Název: Matematické a statistické modelování 7 Investor: Masarykova univerzita, Matematické a statistické modelování 7
MUNI/G/1213/2022, interní kód MU	Název: Mathematical modeling of very and ultra-fast oscillations in EEG signals Investor: Masarykova univerzita, Mathematical modeling of very and ultra-fast oscillations in EEG signals, INTERDISCIPLINARY - Mezioborové výzkumné projekty

Přiložené soubory

Weak_coupling_of_neurons_enables_very_high-frequency_and_ultra-fast_oscillations_through_the_interplay_of_synchronized_phase_shifts.pdf