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  Increased stability and breakdown of brain effective connectivity during slow-wave sleep: Mechanistic insights from whole-brain computational modelling

Jobst, B. M., Hindriks, R., Laufs, H., Tagliazucchi, E., Hahn, G., Ponce-Alvarez, A., et al. (2017). Increased stability and breakdown of brain effective connectivity during slow-wave sleep: Mechanistic insights from whole-brain computational modelling. Scientific Reports, 7: 4634. doi:10.1038/s41598-017-04522-x.

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Basisdaten

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Datensatz-Permalink: https://hdl.handle.net/21.11116/0000-0002-E5CC-6 Versions-Permalink: https://hdl.handle.net/21.11116/0000-0003-C1D9-E
Genre: Zeitschriftenartikel

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Jobst_2017.pdf (Verlagsversion), 6MB
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https://hdl.handle.net/21.11116/0000-0002-E5CE-4
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Jobst_2017.pdf
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Externe Referenzen

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Urheber

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 Urheber:
Jobst, Beatrice M. 1, Autor
Hindriks, Rikkert 1, Autor
Laufs, Helmut 1, Autor
Tagliazucchi, Enzo 1, Autor
Hahn, Gerald 1, Autor
Ponce-Alvarez, Adrián 1, Autor
Stevner, Angus B. A.1, Autor
Kringelbach, Morten L. 1, Autor
Deco, Gustavo1, 2, Autor           
Affiliations:
1External Organizations, ou_persistent22              
2Department Neuropsychology, MPI for Human Cognitive and Brain Sciences, Max Planck Society, ou_634551              

Inhalt

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Schlagwörter: Computational neuroscience; Computational science
 Zusammenfassung: Recent research has found that the human sleep cycle is characterised by changes in spatiotemporal patterns of brain activity. Yet, we are still missing a mechanistic explanation of the local neuronal dynamics underlying these changes. We used whole-brain computational modelling to study the differences in global brain functional connectivity and synchrony of fMRI activity in healthy humans during wakefulness and slow-wave sleep. We applied a whole-brain model based on the normal form of a supercritical Hopf bifurcation and studied the dynamical changes when adapting the bifurcation parameter for all brain nodes to best match wakefulness and slow-wave sleep. Furthermore, we analysed differences in effective connectivity between the two states. In addition to significant changes in functional connectivity, synchrony and metastability, this analysis revealed a significant shift of the global dynamic working point of brain dynamics, from the edge of the transition between damped to sustained oscillations during wakefulness, to a stable focus during slow-wave sleep. Moreover, we identified a significant global decrease in effective interactions during slow-wave sleep. These results suggest a mechanism for the empirical functional changes observed during slow-wave sleep, namely a global shift of the brain’s dynamic working point leading to increased stability and decreased effective connectivity.

Details

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Sprache(n): eng - English
 Datum: 2017-02-022017-05-162017-07-05
 Publikationsstatus: Online veröffentlicht
 Seiten: -
 Ort, Verlag, Ausgabe: -
 Inhaltsverzeichnis: -
 Art der Begutachtung: Expertenbegutachtung
 Identifikatoren: DOI: 10.1038/s41598-017-04522-x
PMC: PMC5498661
PMID: 28680119
 Art des Abschluß: -

Veranstaltung

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Entscheidung

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Projektinformation

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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 : Human Brain Project Specific Grant Agreement 1 / HBP SGA1
Grant ID : 720270
Förderprogramm : Horizon 2020
Förderorganisation : European Commission (EC)
Projektname : How consciousness is shaped by neuronal network dynamics / CONSCBRAIN
Grant ID : 661583
Förderprogramm : Horizon 2020
Förderorganisation : European Commission (EC)
Projektname : -
Grant ID : PSI2013-42091 ; PSI2016-75688-P ; PCIN-2013-026
Förderprogramm : Programa Estatal de Investigación Cientifica y Tecnica de Excelencia MINECO
Förderorganisation : -
Projektname : -
Grant ID : IJCI-2014-21066
Förderprogramm : Juan de la Cierva fellowship
Förderorganisation : Spanish Research Agency (AEI)
Projektname : -
Grant ID : AGAUR 2014 SGR 856
Förderprogramm : -
Förderorganisation : Generalitat de Catalunya
Projektname : -
Grant ID : 01EV0703
Förderprogramm : -
Förderorganisation : Deutsches Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)
Projektname : -
Grant ID : -
Förderprogramm : -
Förderorganisation : ProLOEWE. Netzwerk der LOEWE-Forschungsvorhaben
Projektname : -
Grant ID : -
Förderprogramm : -
Förderorganisation : AXA Foundation
Projektname : The plasticity of parental caregiving: characterizing the brain mechanisms underlying normal and disrupted development of parenting / CAREGIVING
Grant ID : 615539
Förderprogramm : Funding Programme 7
Förderorganisation : European Commission (EC)

Quelle 1

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Titel: Scientific Reports
  Kurztitel : Sci. Rep.
Genre der Quelle: Zeitschrift
 Urheber:
Affiliations:
Ort, Verlag, Ausgabe: London, UK : Nature Publishing Group
Seiten: - Band / Heft: 7 Artikelnummer: 4634 Start- / Endseite: - Identifikator: ISSN: 2045-2322
CoNE: https://pure.mpg.de/cone/journals/resource/2045-2322