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  Whole-brain neuronal activity displays crackling noise dynamics

Ponce-Alvarez, A., Jouary, A., Privat, M., Deco, G., & Sumbre, G. (2018). Whole-brain neuronal activity displays crackling noise dynamics. Neuron, 100(6): e6, pp. 1446-1459. doi:10.1016/j.neuron.2018.10.045.

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Basisdaten

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Datensatz-Permalink: https://hdl.handle.net/21.11116/0000-0002-B8B6-1 Versions-Permalink: https://hdl.handle.net/21.11116/0000-0003-9FD7-8
Genre: Zeitschriftenartikel

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Ponce-Alvarez_2018.pdf (Verlagsversion), 4MB
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https://hdl.handle.net/21.11116/0000-0002-B8B8-F
Name:
Ponce-Alvarez_2018.pdf
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Sichtbarkeit:
Öffentlich
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application/pdf / [MD5]
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Externe Referenzen

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Urheber

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 Urheber:
Ponce-Alvarez, Adrián1, Autor
Jouary, Adrien2, 3, Autor
Privat, Martin2, Autor
Deco, Gustavo1, 4, 5, 6, Autor           
Sumbre, Germán2, Autor
Affiliations:
1Department of Information and Communication Technologies, Center for Brain and Cognition, University Pompeu Fabra, Barcelona, Spain, ou_persistent22              
2Institut de biologie de l’Ecole normale supérieure (IBENS), Ecole normale supérieure, Paris, France, ou_persistent22              
3Champalimaud Research, Champalimaud Centre for the Unknown, Lisbon, Portugal, ou_persistent22              
4Department Neuropsychology, MPI for Human Cognitive and Brain Sciences, Max Planck Society, ou_634551              
5Catalan Institution for Research and Advanced Studies (ICREA), University Pompeu Fabra, Barcelona, Spain, ou_persistent22              
6School of Psychological Sciences, Monash University, Melbourne, Australia, ou_persistent22              

Inhalt

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Schlagwörter: Phase transitions; Scale invariance; Whole-brain dynamics; Calcium; Imaging; Zebrafish; GcaMP; Light-sheet microscopy; Gap junctions; Sensory modulation motor behavior
 Zusammenfassung: Previous studies suggest that the brain operates at a critical point in which phases of order and disorder coexist, producing emergent patterned dynamics at all scales and optimizing several brain functions. Here, we combined light-sheet microscopy with GCaMP zebrafish larvae to study whole-brain dynamics in vivo at near single-cell resolution. We show that spontaneous activity propagates in the brain’s three-dimensional space, generating scale-invariant neuronal avalanches with time courses and recurrence times that exhibit statistical self-similarity at different magnitude, temporal, and frequency scales. This suggests that the nervous system operates close to a non-equilibrium phase transition, where a large repertoire of spatial, temporal, and interactive modes can be supported. Finally, we show that gap junctions contribute to the maintenance of criticality and that, during interactions with the environment (sensory inputs and self-generated behaviors), the system is transiently displaced to a more ordered regime, conceivably to limit the potential sensory representations and motor outcomes.

Details

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Sprache(n): eng - English
 Datum: 2018-07-052018-01-092018-10-242018-11-162018-12-19
 Publikationsstatus: Erschienen
 Seiten: -
 Ort, Verlag, Ausgabe: -
 Inhaltsverzeichnis: -
 Art der Begutachtung: Expertenbegutachtung
 Identifikatoren: DOI: 10.1016/j.neuron.2018.10.045
PMID: 30449656
PMC: PMC6307982
Anderer: Epub 2018
 Art des Abschluß: -

Veranstaltung

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Entscheidung

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Projektinformation

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Projektname : -
Grant ID : IJCI-2014-21066
Förderprogramm : Juan de la Cierva fellowship
Förderorganisation : Spanish Ministry of Economy and Competitiveness
Projektname : -
Grant ID : FDT20140930915
Förderprogramm : -
Förderorganisation : Fondation pour la Recherche Medicale
Projektname : -
Grant ID : -
Förderprogramm : -
Förderorganisation : École normale supérieure de Cachan (ENS Cachan)
Projektname : -
Grant ID : -
Förderprogramm : -
Förderorganisation : École normale supérieure de Lyon (ENS Lyon)
Projektname : The Dynamical and Structural Basis of Human Mind Complexity: Segregation and Integration of Information and Processing in the Brain / DYSTRUCTURE
Grant ID : 295129
Förderprogramm : Funding Programme 7
Förderorganisation : European Commission (EC)
Projektname : Spanish National Project Complexity of Brain States
Grant ID : PSI2016-75688-P
Förderprogramm : -
Förderorganisation : Spanish Research Agency (AEI) and the European Regional Development Fund (ERDF)
Projektname : Human Brain Project Specific Grant Agreement 1 / HBP SGA1
Grant ID : 720270
Förderprogramm : Horizon 2020
Förderorganisation : European Commission (EC)
Projektname : Sensory perception: neural representation and modulation / ZEBRAFISH PERCEPTION
Grant ID : 243106
Förderprogramm : Funding Programme 7
Förderorganisation : European Commission (EC)
Projektname : Whole-brain dynamics underlying self-generated behaviour / Spontaneous ZeBrain
Grant ID : 726280
Förderprogramm : Horizon 2020
Förderorganisation : European Commission (EC)
Projektname : -
Grant ID : ANR-10-LABX-54 MEMO LIFE ; ANR-11-IDEX-0001-02
Förderprogramm : -
Förderorganisation : PSL Research University

Quelle 1

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Titel: Neuron
Genre der Quelle: Zeitschrift
 Urheber:
Affiliations:
Ort, Verlag, Ausgabe: Cambridge, Mass. : Cell Press
Seiten: - Band / Heft: 100 (6) Artikelnummer: e6 Start- / Endseite: 1446 - 1459 Identifikator: ISSN: 0896-6273
CoNE: https://pure.mpg.de/cone/journals/resource/954925560565