Informatie

Waarom zijn er precies 207 morfo-elektrische soorten neuronen?


Ik volg online een inleidende cursus neurowetenschappen en daarin staat dat van de 55 morfologische typen en de 11 elektrische typen, er 207 morfo-elektrische typen zijn. Hoe werkt dit? 55 keer 11 is 605, dus het is geen eenvoudige toewijzing van 1 op 1. 207 is geen factor van en deelt geen goede delers met 605, maar het is ongeveer 1/3 (maar niet precies). Ik zie echter niet in hoe een derde zin heeft.

Wat veroorzaakt precies 207 morfo-elektrische typen?

Voel je vrij om me te laten weten of ik dit naar Health of Psychology.SE moet verplaatsen, ik weet niet zeker waar ik dit moet posten.


Dit is slechts de mening van die ene auteur - het is veelzeggend dat beide bronnen die je hebt voor het nummer van dezelfde auteur afkomstig zijn. Henry Markram heeft een leidende rol in het Blue Brain Project, een project om een ​​zeer gedetailleerde computersimulatie te maken van een stuk neocortex om verschillende vragen te beantwoorden. In de context van dit project is het enigszins noodzakelijk om enkele beslissingen te nemen over aantallen celtypes, zodat ze in het model kunnen worden opgenomen. Mensen kunnen echter de hele dag kibbelen over welke typen eigenlijk unieke typen zijn.

Wat betreft de wiskunde van het hebben van 55 morfologische typen en 11 elektrische typen, maar slechts 207 morfo-elektrische typen in plaats van 605, is het antwoord dat de matrix schaars is. Om 605 typen te krijgen, zou je alle 11 elektrische typen binnen elk van de 55 morfologische categorieën moeten observeren. Als niet elk elektrisch type wordt waargenomen voor een bepaald morfologisch type, hebt u in totaal minder dan 605. In sommige gevallen worden morfologische typen specifiek geassocieerd met bepaalde elektrische typen.

Je moet ook lezen over het concept van lumpers en splitters - kortom, in elke context van classificatie zonder duidelijke onderscheidingen, zullen verschillende mensen verschillende grenzen bedenken. Het is in deze context niet echt mogelijk om "goed" versus "fout" te argumenteren, omdat hiervoor verschillende waarden moeten worden gewogen. Lumping kan gunstig zijn omwille van de eenvoud en generalisatie, maar missen enkele details; splitsen kan voor meer nuance zorgen, maar brengt ook het risico met zich mee dat je door de bomen het bos niet meer ziet.


Hersendeel

Klaus Dinkel, Robert M. Sapolsky, in NeuroImmune Biology, 2004

4 STRESS EN VEROUDERING

De hippocampus, een hersendeel dat essentieel is voor leren en geheugen, heeft een van de hoogste GC-receptorconcentraties in de hersenen [120,121] en is daarom bijzonder gevoelig voor GC-effecten. In een opvallende correlatie worden immuunresponsgenen zoals cytokinen en hun respectievelijke receptoren ook sterk tot expressie gebracht in de hippocampus [122-124]. Met betrekking tot (neuro-)inflammatie is het belangrijk op te merken dat naast psychologische en fysiologische stimuli, pro-inflammatoire cytokines zoals IL-1 krachtige stimulatoren van de HPA-as bleken te zijn [125-127].

Een deel van de bekende farmacologische effecten van glucocorticoïde hormonen (GC) als immunodepressiva, de directe effecten van veel HPA-ashormonen op immuunfuncties is feitelijk ook gedocumenteerd in fysiologische omstandigheden. Omgekeerd wordt gerapporteerd dat oplosbare mediatoren van het immuunsysteem de HPA-asfuncties beïnvloeden bij verschillende stappen van HPA-asregulatie, zowel in fysiologische als pathologische omstandigheden. Stress en veroudering kunnen twee paradigmatische omstandigheden vertegenwoordigen om de relevantie van het bidirectionele netwerk tussen de HPA-as en het immuunsysteem aan te tonen.


Neuronen als oscillatoren

De meeste fysieke en biologische systemen die worden gekenmerkt door regelmatige ritmiek worden gegenereerd door onderliggende oscillatoren. Terwijl het duidelijk is dat neuronen die motorische ritmes produceren (voor zwemmen, lopen, ademen en kauwen voor gedetailleerde voorbeelden zie Marder et al. 2005 Nishii et al. 1994 Smith et al. 2000) oscillatoren zijn, is het wat controversiëler om te zien corticale neuronen als oscillatoren gezien hun vaak schijnbaar nogal onregelmatige activiteit. De veronderstelling dat corticale neuronen oscillatoren zijn, geldt echter in veel gevallen nog steeds (Smeal et al. 2010 Wilson et al. 2014 Yuste et al. 2005). De belangrijkste implicatie van het begrijpen van een neuron als een oscillator is niet noodzakelijk een strikte regelmaat, maar dat de volledige toestand van het neuron kan worden gecodeerd in één enkele variabele die de "fase" wordt genoemd.

Laten we de concepten van toestand, limietcyclus, fase en faseruimte illustreren via het klassieke Hodgkin-Huxley-model (1952a, 1952b) van het inktvisaxon. Als depolariserende stroom wordt toegepast op het Hodgkin-Huxley-model, zal het repetitieve actiepotentialen afvuren: het is een oscillator. Het Hodgkin-Huxley-model bestaat uit vier differentiaalvergelijkingen (vergelijkingen die de verandering van een variabele in de tijd beschrijven) die vier "toestanden" beschrijven: één voor het beschrijven van het tijdsverloop van de membraanpotentiaal, V, en drie voor de fracties van de natrium- en kaliumkanalen die op een bepaald moment open zijn (m, H, N). Figuur 1EEN plots V tegen tijd. In plaats van de variabelen uit te zetten tegen de tijd, plotten we drie van deze vier variabelen (V, m, N, H) tegen elkaar: we plotten ze daarom in "faseruimte" (Fig. 1B). Wanneer het modelaxon oscilleert, betekent dit dat elk van deze vier variabelen ook met dezelfde frequentie oscilleert en eenmaal per oscillatieperiode terugkeert naar dezelfde waarde. Een dergelijke oscillatie van V, m, N, en H correspondeert met een piek met het daaropvolgende interspike-interval. We kunnen dan het tijdsverloop van V, m, N, en H (die een gesloten 1-dimensionale curve vormen in de 4-dimensionale faseruimte) op een cirkel (ook een 1-dimensionale curve Fig. 1C). Elke rotatie langs de cirkel komt weer overeen met een piek en het daaropvolgende interspike-interval. Deze gesloten curve in de faseruimte wordt een "limietcyclus" genoemd. We houden ons niet bezig met de details van de vele ionengeleidingen van een neuron. Deze conductanties, zoals de H-stroom die een spanningsdaling genereert, of een aanhoudende natriumstroom die een nadepolarisatie genereert, is van belang voor de timing van de volgende piek, maar hun dynamiek wordt allemaal samengevat in de dynamiek van het faseverloop van het neuron. Om zo'n oscillator te begrijpen, hoeven we niet per se de waarden te kennen van elke variabele die deze beschrijft op het gedetailleerde biofysische niveau. Het is voldoende om te weten hoe ver langs de cirkel de oscillator is gevorderd naar de volgende piek. De fase van de neurale oscillator is de genormaliseerde tijd sinds de laatste piek. Deze normalisatie naar een fase zorgt ervoor dat elk interspike-interval varieert van 0 (vorige piek) tot 2π (volgende piek). (In andere onderzoeken wordt de tijd genormaliseerd naar een fase die tussen 0 en 1 ligt.)

Figuur 1.Abstractie van een regulier (oscillerend) spikingproces als fase. EEN: de spanning van een piekend neuron wordt uitgezet tegen de tijd. B: tijd wordt dan niet meer expliciet uitgezet in een faseruimteplot van de spanning en 2 ionkanaalactiveringstoestanden (H, N). C: het resulterende cirkelvormige traject wordt afgebeeld op een eenvoudige cirkel, die een periodiek veranderende fasevariabele voorstelt. De cirkelvormige beweging van ϕ is gelijk aan de dynamiek van de spanning en de activeringstoestanden van het ionkanaal door de faseruimte.

Er is niets aan dit idee dat beperkt is tot modellen, omdat we evengoed experimenteel gemeten waarden in faseruimte kunnen plotten. We kunnen de tijd op dezelfde manier uit de grafiek verwijderen, door niet een variabele tegen de tijd uit te zetten, maar twee of meer variabelen tegen elkaar. Als alternatief kunnen we één gemeten variabele uitzetten tegen een in de tijd vertraagde versie van zichzelf om te komen tot een fase-ruimtegrafiek van de limietcyclus van het systeem (Kantz en Schreiber 2004).

In de biologie bestaan ​​alle oscillaties op stabiele limietcycli: zelfs als we vanwege ruis niet precies op de limietcyclus beginnen, zullen alle variabelen uiteindelijk terug convergeren naar de limietcyclus. Dit houdt in dat we de fase van het neuron kunnen definiëren, zelfs als we ons er niet precies op bevinden. Zelfs als het neuron enigszins luidruchtig is, kunnen we het nog steeds zien als een oscillator en zijn gedrag in kaart brengen op de fase van de cyclus, aangezien zijn toestanden zullen terugkeren naar de cyclus wanneer er vanaf wordt afgeweken (Fig. 2C Schwabedal en Pikovsky 2013 Thomas en Lindner 2014). Dit is de eerste van verschillende gevallen die we tegenkomen in onze op oscillatoren gebaseerde benadering van neurowetenschap, waarbij we niet afhankelijk zijn van de realiteit om ons precies aan wiskundige abstracties te houden.

Fig. 2.Fase-responscurven (PRC's). EEN: piektijdverschuiving door een verstoring van de spanning van een neuron. B: de piektijdverschuivingen als functie van de fase van de verstoringen worden weergegeven in de PRC. C: een limietcyclus van de toestanden van een neuron, met de aangegeven piektijdverschuiving. Het neuron keert terug naar de limietcyclus (het is stabiel) wanneer zijn toestanden worden verstoord (bijvoorbeeld langs de rode en blauwe curven).

Door een neuron als een oscillator te beschrijven, hebben we een conceptuele sweet spot bereikt, zowel eenvoudig als krachtig in zijn verklarende kracht: in plaats van elke spanningsafhankelijkheid van elke ionische stroom van een neuron te simuleren, hebben we een wiskundige beschrijving gedefinieerd van hoe deze conductanties bewegen de toestand van het neuron van piek tot nahyperpolarisatie tot de volgende piek (of in onze taal, van de ene fase naar de volgende). Een correct gekozen beschrijving stelt ons in staat om de dynamiek van grote aantallen verbonden neuronen te onderzoeken zonder een grote hoeveelheid biologische details te hoeven simuleren (voor gedetailleerde behandeling van fasegebaseerde modellen in de neurowetenschappen, zie Ashwin et al. 2016 Ermentrout en Terman 2010 Izhikevich 2010 Schultheis et al. 2011). We hoeven alleen maar te kijken naar de fase van elk neuron en hoe het beweegt!


Hoogtepunten

Het fout-back-propagation-algoritme kan worden benaderd in netwerken van neuronen, waarin plasticiteit alleen afhangt van de activiteit van presynaptische en postsynaptische neuronen.

Deze biologisch plausibele deep learning-modellen bevatten zowel feedforward- als feedbackverbindingen, waardoor de fouten van het netwerk zich door de lagen kunnen voortplanten.

De leerregels in verschillende biologisch plausibele modellen kunnen worden geïmplementeerd met verschillende soorten piektijdafhankelijke plasticiteit.

De dynamiek en plasticiteit van de modellen kunnen worden beschreven binnen een gemeenschappelijk kader van energieminimalisatie.

Dit overzichtsartikel vat recentelijk voorgestelde theorieën samen over hoe neurale circuits in de hersenen het fout-back-propagation-algoritme kunnen benaderen dat wordt gebruikt door kunstmatige neurale netwerken. Computermodellen die deze theorieën implementeren, bereiken leren even efficiënt als kunstmatige neurale netwerken, maar ze gebruiken eenvoudige synaptische plasticiteitsregels op basis van activiteit van presynaptische en postsynaptische neuronen. De modellen hebben overeenkomsten, zoals het opnemen van zowel feedforward- als feedbackverbindingen, waardoor informatie over fouten zich door het netwerk kan verspreiden. Bovendien bevatten ze experimenteel bewijs over neurale connectiviteit, reacties en plasticiteit. Deze modellen bieden inzicht in hoe hersennetwerken zodanig kunnen worden georganiseerd dat wijziging van synaptische gewichten op meerdere niveaus van corticale hiërarchie leidt tot verbeterde prestaties op taken.


Inhoud

Het encefalisatiequotiënt is ontwikkeld in een poging een manier te bieden om de fysieke kenmerken van een dier te correleren met waargenomen intelligentie. Het verbeterde ten opzichte van de vorige poging, de hersen-lichaamsmassaverhouding, dus het is blijven bestaan. Daaropvolgend werk, met name Roth, [4] vond dat EQ gebrekkig was en suggereerde dat hersengrootte een betere voorspeller was, maar dat heeft ook problemen. [ onevenwichtige mening? ]

Momenteel is het aantal neuronen in de voorhersenen de beste voorspeller voor intelligentie bij alle dieren. [5] Dit werd niet eerder gezien omdat het aantal neuronen voorheen onnauwkeurig was voor de meeste dieren. Het aantal neuronen in de menselijke hersenen werd bijvoorbeeld decennialang geschat op 100 miljard voordat Herculano-Houzel [6] [7] een betrouwbaardere methode vond om hersencellen te tellen.

Het had kunnen worden verwacht dat EQ zou worden vervangen vanwege zowel het aantal uitzonderingen als de toenemende complexiteit van de gebruikte formules. (Zie de rest van dit artikel.) [ onevenwichtige mening? ] De eenvoud van het tellen van neuronen heeft het vervangen. [ citaat nodig ] Het concept in EQ om de hersencapaciteit te vergelijken die groter is dan nodig is voor lichaamsgevoel en motorische activiteit, kan nog voortleven om een ​​nog betere voorspelling van intelligentie te geven, maar dat werk is nog niet gedaan. [ citaat nodig ] [ onevenwichtige mening? ]

Variantie in hersengroottes

Lichaamsgrootte is verantwoordelijk voor 80-90% van de variantie in hersengrootte, tussen soorten, en een relatie beschreven door een allometrische vergelijking: de regressie van de logaritmen van hersengrootte op lichaamsgrootte. De afstand van een soort tot de regressielijn is een maat voor zijn encefalisatie (Finlay, 2009). [8] De schalen zijn logaritmisch, afstand of residueel, is een encefalisatiequotiënt (EQ), de verhouding tussen de werkelijke hersengrootte en de verwachte hersengrootte. Encephalisatie is een kenmerk van een soort.

Regels voor hersengrootte hebben betrekking op het aantal hersenneuronen dat in de evolutie is gevarieerd, dan zijn niet alle hersenen van zoogdieren noodzakelijkerwijs gebouwd als grotere of kleinere versies van hetzelfde plan, met proportioneel grotere of kleinere aantallen neuronen. Hersenen van vergelijkbare grootte, zoals een koe of chimpansee, kunnen in dat scenario zeer verschillende aantallen neuronen bevatten, net zoals een zeer groot walvisachtigenbrein minder neuronen kan bevatten dan een gorillabrein. De vergelijking van de grootte tussen het menselijk brein en het brein van niet-primaten, groter of kleiner, zou eenvoudigweg ontoereikend en weinig informatief kunnen zijn - en onze kijk op het menselijk brein als uitbijter, een bijzondere eigenaardigheid, is mogelijk gebaseerd op de verkeerde veronderstelling dat alle hersenen gemaakt zijn hetzelfde (Herculano-Houzel, 2012). [9] [ citaat nodig ]

Beperkingen en mogelijke verbeteringen ten opzichte van EQ Edit

Er is een onderscheid tussen hersendelen die nodig zijn voor het onderhoud van het lichaam en delen die verband houden met verbeterde cognitieve functies. Deze hersendelen, hoewel functioneel verschillend, dragen allemaal bij aan het totale gewicht van de hersenen. Om deze reden heeft Jerison (1973) 'extra neuronen', neuronen die uitsluitend bijdragen aan cognitieve capaciteiten, beschouwd als belangrijkere indicatoren van intelligentie dan pure EQ. Gibson et al. (2001) redeneerden dat grotere hersenen over het algemeen meer 'extra neuronen' bevatten en dus betere voorspellers zijn van cognitieve vaardigheden dan pure EQ bij primaten. [10] [11]

Factoren, zoals de recente evolutie van de hersenschors en verschillende graden van hersenvouwing (gyrificatie), die het oppervlak (en het volume) van de cortex vergroten, zijn positief gecorreleerd aan intelligentie bij mensen. [12] [13]

In een meta-analyse hebben Deaner et al. (2007) testten ABS, cortexgrootte, cortex-tot-hersenverhouding, EQ en gecorrigeerde relatieve hersengrootte (cRBS) tegen globale cognitieve capaciteiten. Ze hebben ontdekt dat, na normalisatie, alleen de grootte van de ABS en de neocortex een significante correlatie vertoonden met cognitieve vaardigheden. Bij primaten, ABS, neocortex-grootte en NC (het aantal corticale neuronen) correleerde redelijk goed met cognitieve vaardigheden. Er zijn echter inconsistenties gevonden voor NC. Volgens de auteurs waren deze inconsistenties het gevolg van de foutieve veronderstelling dat NC neemt lineair toe met de grootte van het corticale oppervlak. Dit idee is onjuist omdat de aanname geen rekening houdt met de variabiliteit in corticale dikte en corticale neurondichtheid, die N zou moeten beïnvloedenC. [14] [11]

Volgens Cairo (2011) heeft EQ gebreken in het ontwerp als het gaat om individuele datapunten in plaats van een soort als geheel. Het is inherent bevooroordeeld, aangezien het schedelvolume van een persoon met obesitas en ondergewicht ongeveer gelijk zou zijn, maar hun lichaamsmassa zou drastisch verschillen. Een ander verschil van deze aard is een gebrek aan verantwoording voor seksueel dimorfisme. Bijvoorbeeld, de vrouwelijke mens heeft over het algemeen een kleiner schedelvolume dan de man, maar dit betekent niet dat een vrouw en een man met dezelfde lichaamsmassa verschillende cognitieve vermogens zouden hebben. Gezien al deze tekortkomingen, zou EQ alleen een maatstaf moeten zijn voor vergelijking tussen soorten, niet voor vergelijking tussen soorten. [15]

Het idee dat het encefalisatiequotiënt overeenkomt met intelligentie is betwist door Roth en Dicke (2012). Ze beschouwen het absolute aantal corticale neuronen en neurale verbindingen als betere correlaten van cognitieve vaardigheden. [16] Volgens Roth en Dicke (2012) zijn zoogdieren met een relatief hoog cortexvolume en neuronpacking density (NPD) intelligenter dan zoogdieren met dezelfde hersengrootte. Het menselijk brein onderscheidt zich van de rest van de zoogdier- en gewervelde taxa vanwege het grote corticale volume en hoge NPD, geleidingssnelheid en corticale verkaveling. Alle aspecten van menselijke intelligentie worden gevonden, althans in zijn primitieve vorm, in andere niet-menselijke primaten, zoogdieren of gewervelde dieren, met uitzondering van syntactische taal. Roth en Dicke beschouwen syntactische taal als een "intelligentieversterker". [11]

Er zijn verschillende redenen voor deze trend mogelijk, waaronder dat neurale cellen een relatief constante grootte hebben. [19] Sommige hersenfuncties, zoals het hersenpad dat verantwoordelijk is voor een basistaak zoals ademhalen, zijn in principe vergelijkbaar bij een muis en een olifant. Zo kan dezelfde hoeveelheid hersenstof de ademhaling in een groot of een klein lichaam beheersen. Hoewel niet alle controlefuncties onafhankelijk zijn van de lichaamsgrootte, zijn sommige dat wel, en daarom hebben grote dieren relatief minder hersenen nodig dan kleine dieren. Dit fenomeen kan worden beschreven door een vergelijking: C = E / S 2/3 , waar E en S zijn respectievelijk hersen- en lichaamsgewichten, en C wordt de cephalisatiefactor genoemd. [20] Om de waarde van deze factor te bepalen, werden de hersen- en lichaamsgewichten van verschillende zoogdieren tegen elkaar uitgezet, en de curve van E = C × S 2/3 gekozen als de beste match met die gegevens. [21]

Snell's vergelijking van eenvoudige allometrie is: [ citaat nodig ]

Hier is "E" het gewicht van de hersenen, "C" is de cephalisatiefactor en "S" is het lichaamsgewicht en "r" is de exponentiële constante.

Het "encefalisatiequotiënt" (EQ) is de coëfficiënt "C" in de allometrievergelijking van Snell, gewoonlijk genormaliseerd met betrekking tot een referentiesoort. In de volgende tabel zijn de coëfficiënten genormaliseerd ten opzichte van de waarde voor de kat, waaraan daarom een ​​EQ van 1 wordt toegekend. [17]

Een andere manier om het encefalisatiequotiënt te berekenen, is door het werkelijke gewicht van de hersenen van een dier te delen door het voorspelde gewicht volgens de formule van Jerison. [11]

Soort EQ [4]
Menselijk 7.4–7.8
Hond 1.2
Tuimelaar 5.3
Kat 1.0
Chimpansee 2.2–2.5
Paard 0.9
Raaf [23] 2.49
Schaap 0.8
resusaapje 2.1
Muis 0.5
Afrikaanse olifant 1.3
Rat 0.4
Konijn 0.4
opossum 0.2

Deze meting van geschatte intelligentie is nauwkeuriger voor zoogdieren dan voor andere klassen en phyla van Animalia.

Intelligentie bij dieren is moeilijk vast te stellen, maar hoe groter de hersenen zijn ten opzichte van het lichaam, hoe meer hersengewicht er beschikbaar kan zijn voor complexere cognitieve taken. De EQ-formule, in tegenstelling tot de methode om eenvoudig het ruwe hersengewicht of hersengewicht tot lichaamsgewicht te meten, zorgt voor een rangorde van dieren die beter overeenkomt met de waargenomen complexiteit van gedrag. Een primaire reden voor het gebruik van EQ in plaats van een simpele hersen-lichaamsmassaverhouding is dat kleinere dieren over het algemeen een hogere proportionele hersenmassa hebben, maar niet dezelfde indicaties van hogere cognitie vertonen als dieren met een hoog EQ. [15]

Grijze vloer Bewerken

De drijvende theorie achter de ontwikkeling van EQ is dat een dier van een bepaalde grootte een minimaal aantal neuronen nodig heeft voor basisfunctioneren - ook wel een grijze vloer genoemd. Er is ook een limiet aan hoe groot de hersenen van een dier kunnen groeien, gezien zijn lichaamsgrootte - vanwege beperkingen zoals de draagtijd, energie en de noodzaak om het hersengebied tijdens de rijping fysiek te ondersteunen. Bij het normaliseren van een standaard hersengrootte voor een groep dieren, kan een helling worden bepaald om te laten zien wat de verwachte hersen-lichaamsmassaverhouding van een soort zou zijn. Soorten met een verhouding tussen hersenen en lichaamsgewicht onder deze norm naderen de grijze vloer en hebben geen extra grijze stof nodig. Soorten die boven deze norm vallen, hebben meer grijze stof dan nodig is voor basisfuncties. Vermoedelijk worden deze extra neuronen gebruikt voor hogere cognitieve processen. [24]

Taxonomische trends Bewerken

Het gemiddelde EQ voor zoogdieren is ongeveer 1, met carnivoren, walvisachtigen en primaten boven 1, en insecteneters en herbivoren hieronder. Grote zoogdieren hebben over het algemeen de hoogste EQ's van alle dieren, terwijl kleine zoogdieren en vogels vergelijkbare EQ's hebben. [24] Dit weerspiegelt twee belangrijke trends. Een daarvan is dat hersenmaterie extreem duur is in termen van energie die nodig is om het in stand te houden. [25] Dieren met een voedingsrijk dieet hebben doorgaans hogere EQ's, wat nodig is voor het energetisch kostbare weefsel van hersenmaterie. Het is niet alleen metabolisch veeleisend om te groeien tijdens de embryonale en postnatale ontwikkeling, het is ook kostbaar om te onderhouden.

Er zijn argumenten aangevoerd dat sommige carnivoren hogere EQ's kunnen hebben vanwege hun relatief verrijkte dieet, evenals de cognitieve capaciteit die nodig is om effectief op prooien te jagen. [26] [27] Een voorbeeld hiervan is de hersengrootte van een wolf die ongeveer 30% groter is dan die van een huishond van vergelijkbare grootte, mogelijk afgeleid van verschillende behoeften in hun respectieve manier van leven. [28]

Dieettrends Bewerken

Het is echter vermeldenswaard dat van de dieren met de hoogste EQ's (zie bijbehorende tabel), veel voornamelijk fruiteters zijn, waaronder apen, makaken en proboscideans. Deze indeling in de voeding is belangrijk om de druk af te leiden die tot hogere EQ's leidt. Specifiek, frugivoren moeten een complexe, trichromatische kaart van visuele ruimte gebruiken om rijpe vruchten te lokaliseren en te plukken, en in staat zijn om te voorzien in de hoge energetische eisen van een grotere hersenmassa. [29]

Trofisch niveau - "hoogte" op de voedselketen - is nog een andere factor die is gecorreleerd met EQ bij zoogdieren. Eutheria met ofwel hoge AB (absolute hersenmassa) of hoge EQ nemen posities in op hoge trofische niveaus. Eutheria laag op het netwerk van voedselketens kan alleen een hoge RB (relatieve hersenmassa) ontwikkelen zolang ze een kleine lichaamsmassa hebben. [30] Dit vormt een interessant raadsel voor intelligente kleine dieren, die zich radicaal anders gedragen dan intelligente grote dieren.

Volgens Steinhausen et al.(2016):

Dieren met een hoge RB [relatieve hersenmassa] hebben meestal (1) een korte levensduur, (2) worden vroeg geslachtsrijp en (3) hebben korte en frequente drachten. Bovendien hebben mannetjes van soorten met een hoge RB ook weinig potentiële seksuele partners. Daarentegen hebben dieren met hoge EQ's (1) een groot aantal potentiële seksuele partners, (2) vertraagde geslachtsrijpheid en (3) zeldzame drachten met kleine worpen. [30]

Socialiteit Bewerken

Een andere factor waarvan eerder werd gedacht dat deze een grote invloed had op de hersengrootte, is socialiteit en de grootte van de kudde. [31] Dit was een al lang bestaande theorie totdat de correlatie tussen frugivory en EQ statistisch significanter bleek te zijn. Hoewel niet langer de overheersende conclusie met betrekking tot selectiedruk voor een hoog EQ, heeft de hypothese van het sociale brein nog steeds enige ondersteuning. [29] Honden (een sociale soort) hebben bijvoorbeeld een hoger EQ dan katten (een overwegend solitaire soort). Dieren met een zeer grote kudde en/of complexe sociale systemen scoren consequent een hoog EQ, waarbij dolfijnen en orka's het hoogste EQ hebben van alle walvisachtigen, [32] en mensen met hun extreem grote samenlevingen en complexe sociale leven bovenaan de lijst met een ruime marge . [4]

Vogels hebben over het algemeen een lager EQ dan zoogdieren, maar papegaaien en vooral de kraaiachtigen vertonen opmerkelijk complex gedrag en een hoog leervermogen. Hun hersenen bevinden zich aan de hoge kant van het vogelspectrum, maar laag in vergelijking met zoogdieren. De celgrootte van vogels is daarentegen over het algemeen kleiner dan die van zoogdieren, wat meer hersencellen en dus synapsen per volume kan betekenen, waardoor complexer gedrag van kleinere hersenen mogelijk is. [4] Zowel de intelligentie van vogels als de anatomie van de hersenen verschillen echter sterk van die van zoogdieren, wat directe vergelijking moeilijk maakt. [23]

Mantaroggen hebben het hoogste EQ onder vissen [33] en octopussen [20] of springspinnen [34] hebben het hoogste onder ongewervelde dieren. Ondanks dat de springspin een enorm brein heeft voor zijn grootte, is het in absolute termen minuscuul, en mensen hebben een veel hoger EQ ondanks een lagere ruwe verhouding tussen hersenen en lichaamsgewicht. [35] [36] [6] De gemiddelde EQ's voor reptielen zijn ongeveer een tiende van die van zoogdieren. Het EQ bij vogels (en het geschatte EQ bij andere dinosauriërs) valt over het algemeen ook onder dat van zoogdieren, mogelijk als gevolg van lagere eisen aan thermoregulatie en/of motorische controle. [37] Schatting van de hersengrootte in Archaeopteryx (een van de oudst bekende voorouders van vogels), laat zien dat het een EQ had die ver boven het reptielenbereik lag, en net onder die van levende vogels. [38]

Bioloog Stephen Jay Gould heeft opgemerkt dat als we kijken naar gewervelde dieren met zeer lage encefalisatiequotiënten, hun hersenen iets minder massief zijn dan hun ruggenmerg. Theoretisch zou intelligentie kunnen correleren met de absolute hoeveelheid hersenen die een dier heeft na aftrek van het gewicht van het ruggenmerg van de hersenen. [39] Deze formule is nutteloos voor ongewervelde dieren omdat ze geen ruggenmerg of, in sommige gevallen, centraal zenuwstelsel hebben.

Gedragscomplexiteit bij levende dieren kan tot op zekere hoogte direct worden waargenomen, waardoor de voorspellende kracht van het encefalisatiequotiënt minder relevant is. Het staat echter centraal in de paleoneurologie, waar alleen de endocast van de hersenholte en het geschatte lichaamsgewicht van een dier nodig zijn. Het gedrag van uitgestorven zoogdieren en dinosaurussen wordt meestal onderzocht met behulp van EQ-formules. [22]

Encephalisatiequotiënt wordt ook gebruikt bij het schatten van de evolutie van intelligent gedrag bij menselijke voorouders. Deze techniek kan helpen bij het in kaart brengen van de ontwikkeling van gedragscomplexiteiten tijdens de menselijke evolutie. Deze techniek is echter alleen beperkt tot wanneer er zowel craniale als post-craniale overblijfselen zijn geassocieerd met individuele fossielen, om vergelijkingen tussen hersenen en lichaamsgrootte mogelijk te maken. [40] Bijvoorbeeld, de overblijfselen van een Midden-Pleistoceen menselijk fossiel uit de provincie Jinniushan in het noorden van China hebben wetenschappers in staat gesteld om de relatie tussen hersenen en lichaamsgrootte te bestuderen met behulp van het encefalisatiequotiënt. [40] Onderzoekers verkregen een EQ van 4.150 voor het fossiel van Jinniushan en vergeleken deze waarde met eerdere schattingen van het EQ in het Midden-Pleistoceen van 3.7770. Het verschil in EQ-schattingen is in verband gebracht met een snelle toename van encefalisatie bij mensachtigen uit het Midden-Pleistoceen. Paleo-neurologische vergelijkingen tussen Neanderthalers en anatomisch modern Homo sapiens (AMHS) via encefalisatiequotiënt is vaak afhankelijk van het gebruik van endocasts, maar er zijn veel nadelen verbonden aan het gebruik van deze methode. [41] Endocasts geven bijvoorbeeld geen informatie over de interne organisatie van de hersenen. Bovendien zijn endocasts vaak onduidelijk in termen van het behoud van hun grenzen, en wordt het moeilijk te meten waar precies een bepaalde structuur begint en eindigt. Als endocasts zelf niet betrouwbaar zijn, kan de waarde voor hersengrootte die wordt gebruikt om de EQ te berekenen ook onbetrouwbaar zijn. Bovendien hebben eerdere studies gesuggereerd dat Neanderthalers hetzelfde encefalisatiequotiënt hebben als moderne mensen, hoewel hun post-crania suggereert dat ze meer wogen dan moderne mensen. [42] Omdat EQ vertrouwt op waarden van zowel postcrania als crania, neemt de foutmarge toe bij het vertrouwen op deze proxy in paleo-neurologie vanwege de inherente moeilijkheid om nauwkeurige hersen- en lichaamsmassametingen uit het fossielenbestand te verkrijgen.

Het EQ van veehouderijdieren zoals het gedomesticeerde varken kan aanzienlijk lager zijn dan zou suggereren vanwege hun schijnbare intelligentie. Volgens Minervini et al (2016) zijn de hersenen van het gedomesticeerde varken vrij klein in vergelijking met de massa van het dier. [43] De enorme toename van het lichaamsgewicht die door de industriële landbouw wordt opgelegd, heeft een aanzienlijke invloed op de hersen-tot-lichaamsgewichtmetingen, inclusief de EQ. [43] De EQ van het volwassen varken is slechts 0,38, maar varkens kunnen visuele informatie die in een spiegel wordt gezien gebruiken om voedsel te vinden, bewijzen van zelfherkenning te tonen wanneer ze hun reflecties krijgen [44] en er is bewijs dat suggereert dat varkens even sociaal complex als veel andere zeer intelligente dieren, die mogelijk een aantal cognitieve capaciteiten delen die verband houden met sociale complexiteit. [45]

Het concept van encefalisatie is een belangrijke evolutionaire trend geweest doorheen de menselijke evolutie, en bijgevolg een belangrijk studiegebied. In de loop van de evolutie van de mens is de grootte van de hersenen in het algemeen toegenomen van 400 cm3 tot 1400 cm3. [40] Verder is het geslacht Homo wordt specifiek bepaald door een significante toename van de hersengrootte. [41] De vroegste Homo soorten waren groter in hersengrootte in vergelijking met hedendaagse Australopithecus tegenhangers, waarmee ze samen delen van Oost- en Zuidelijk Afrika bewoonden.

Door de moderne geschiedenis heen zijn mensen gefascineerd geweest door de grote relatieve grootte van onze hersenen, in een poging om hersengroottes te verbinden met algemene intelligentieniveaus. Vroege hersenstudies waren gericht op het gebied van frenologie, dat in 1796 werd gepionierd door Franz Joseph Gall en gedurende het begin van de 19e eeuw een veel voorkomende discipline bleef. [41] Specifiek besteedden frenologen aandacht aan de uiterlijke morfologie van de schedel, waarbij ze probeerden bepaalde knobbels te relateren aan overeenkomstige aspecten van persoonlijkheid. Ze maten verder de fysieke hersengrootte om grotere hersengroottes gelijk te stellen aan hogere niveaus van intelligentie. Tegenwoordig wordt frenologie echter als een pseudowetenschap beschouwd. [46]

Onder de oude Griekse filosofen geloofde met name Aristoteles dat na het hart de hersenen het op één na belangrijkste orgaan van het lichaam waren. Hij concentreerde zich ook op de grootte van het menselijk brein en schreef in 335 vGT dat "van alle dieren de mens het grootste brein heeft in verhouding tot zijn grootte." [47] In 1861 probeerde de Franse neuroloog Paul Broca een verband te leggen tussen hersengrootte en intelligentie. [41] Door observatiestudies merkte hij dat mensen die werkten in wat hij beschouwde als complexere gebieden, grotere hersenen hadden dan mensen die in minder complexe gebieden werkten. Ook schreef Charles Darwin in 1871 in zijn boek: De afdaling van de mens: "Niemand, neem ik aan, twijfelt eraan dat de grote verhouding die de grootte van de hersenen van de mens op zijn lichaam heeft, vergeleken met dezelfde verhouding in de gorilla of orang-oetan, nauw verband houdt met zijn mentale vermogens." [48] ​​[49] Het concept van het kwantificeren van encefalisatie is ook geen recent fenomeen. In 1889 probeerde Sir Francis Galton, door middel van een onderzoek onder studenten, de relatie tussen hersengrootte en intelligentie te kwantificeren. [41]

Als gevolg van het raciale beleid van Hitler tijdens de Tweede Wereldoorlog kregen studies over hersengrootte en intelligentie tijdelijk een negatieve reputatie. [41] Met de komst van beeldvormende technieken zoals de fMRI en PET-scan werden echter verschillende wetenschappelijke onderzoeken gelanceerd om een ​​verband te suggereren tussen encefalisatie en geavanceerde cognitieve vaardigheden. Harry J. Jerison, die de formule voor het encefalisatiequotiënt uitvond, geloofde dat de hersengrootte evenredig was met het vermogen van mensen om informatie te verwerken. [50] Met deze overtuiging kwam een ​​hoger niveau van encefalisatie overeen met een hoger vermogen om informatie te verwerken. Een groter brein kan een aantal verschillende dingen betekenen, waaronder een grotere hersenschors, een groter aantal neuronale associaties of een groter aantal neuronen in het algemeen. [41]


Waarom zijn er precies 207 morfo-elektrische soorten neuronen? - Biologie

Adeno-geassocieerd virus (AAV) is de vector bij uitstek geworden voor gentherapie en is bijzonder geschikt voor afgifte aan het zenuwstelsel.

Er is een steeds groter scala aan AAV-serotypen en varianten, met verschillende tropismen en functies.

Het kiezen van de juiste vector voor het juiste weefseltype is belangrijk en zal een belangrijke bepalende factor zijn voor hoe effectief een gentherapie is.

Nu gentherapie de reguliere geneeskunde binnentreedt, is het belangrijker dan ooit om precies te begrijpen hoe het te gebruiken voor maximaal voordeel. De ontwikkeling van nieuwe targetingstrategieën en hulpmiddelen maakt de behandeling van patiënten met genetische ziekten mogelijk. Veel Mendeliaanse aandoeningen zijn vatbaar voor genvervanging of -correctie. Deze tasten vaak post-mitotische weefsels aan, wat betekent dat een enkele therapie met stabiele expressie kan worden toegepast. In de afgelopen jaren is een groot aantal nieuwe virale vectoren ontwikkeld voor het leveren van specifieke therapieën. Deze nieuwe vectoren – voornamelijk varianten van recombinant adeno-geassocieerd virus (AAV) – richten zich op zenuwweefsel met verschillende efficiënties. Deze review geeft een overzicht van de huidige gentherapieën in de hersenen, het oor en het oog, en beschrijft de optimale benaderingen, afhankelijk van het celtype en het transgen. Over het algemeen wil dit werk dienen als een inleiding voor gentherapie in het centrale zenuwstelsel en sensorische systemen.


4. Optimalisaties

Om de prestaties van CoreNEURON op verschillende architecturen te verbeteren, worden verschillende optimalisatieschema's geïmplementeerd voor multi-threading, geheugenlay-out, vectorisatie en codegeneratie. Deze optimalisaties worden in deze sectie beschreven.

4.1. parallellisme

Zowel NEURON als CoreNEURON gebruiken de Interface voor het doorgeven van berichten (MPI) om gedistribueerd geheugenparallellisme te implementeren. Hoewel NEURON multi-threading ondersteunt op basis van Pthread (Nichols et al., 1996), gebruiken gebruikers vaak pure MPI-uitvoering vanwege beter schaalgedrag. Maar pure MPI-uitvoering zal de schaalbaarheid beïnvloeden vanwege MPI-communicatie en geheugenoverhead van interne MPI-buffers bij uitvoering op schaal (Lange et al., 2013). Om deze uitdaging op het gebied van schaalbaarheid en parallellisme aan te pakken, vertrouwt CoreNEURON op drie verschillende niveaus van parallellisme. Ten eerste wordt op het hoogste niveau een reeks neuronen met vergelijkbare rekenkosten gegroepeerd en toegewezen aan elke MPI-rang op het rekenknooppunt. Ten tweede wordt binnen een knooppunt een individuele neurongroep toegewezen aan een OpenMP-thread (Dagum en Menon, 1998) die op een kern wordt uitgevoerd. Deze thread simuleert de gegeven neurongroep voor de hele simulatie en zorgt voor gegevenslocatie. Ten slotte worden vectoreenheden van de kern gebruikt voor het parallel uitvoeren van groepen kanalen. Met betrekking tot MPI en OpenMP kunnen simulaties profiteren van minder MPI-processen per rekenknooppunt (tot één proces per knooppunt). Op basis van de doelarchitectuur kunnen gebruikers een aantal MPI-rangen en bijbehorende OpenMP-threads per rang kiezen om de communicatie-overhead te verminderen.

4.2. Geheugenlay-out en vectorisatie

De geheugenbandbreedte van de processor is een van de schaarse bronnen en vaak de grootste belemmering om de prestaties van veel toepassingen, waaronder NEURON, te verbeteren. De rekenkernels van kanalen en synapsen hebben een beperkte bandbreedte en kunnen bijna de maximale geheugenbandbreedte bereiken (Kumbhar et al., 2016). De dendritische structuren van een neuron zijn verdeeld in kleine compartimenten en verschillende membraankanalen of mechanismen worden in verschillende compartimenten ingevoegd (Figuur 3A). Voor geheugenlocatie groeperen zowel NEURON als CoreNEURON de kanalen op hun type, zoals weergegeven in figuur 3B. Maar NEURON organiseert eigenschappen van individuele mechanismen (zoals m, h, ena) in de Array van structuren (AoS) geheugenlay-out (Figuur 3C). Wanneer een specifieke eigenschap wordt betreden, bijvoorbeeld, m, resulteert dit in gespreide geheugentoegang met inefficiënt gebruik van geheugenbandbreedte en dus slechte prestaties. Om dit probleem aan te pakken, organiseert CoreNEURON kanaaleigenschappen in de Structuur van arrays (SoA) geheugenlay-out (Figuur 3D). Dit maakt efficiënte vectorisatie en efficiënt gebruik van geheugenbandbreedte mogelijk voor alle kanaal- en synapsberekeningen. Voor codevectorisatie is CoreNEURON afhankelijk van de auto-vectorisatiemogelijkheden van de compiler. Om de compiler te helpen bij auto-vectorisatie, hints als #pragma ivdep worden gebruikt. De prestatieverbeteringen van deze optimalisatie worden besproken in Kumbhar et al. (2016).

figuur 3. Dendritische structuur en geheugenlay-outweergave van een neuron: Een schematische weergave van de dendritische structuur van een neuron met verschillende mechanismen die in het compartiment zijn ingebracht, wordt links getoond (EEN). Aan de rechterkant: (B) laat zien hoe NEURON en CoreNEURON de mechanisme-instanties van hetzelfde type groeperen (C) laat zien hoe NEURON eigenschappen van individuele mechanismen opslaat in de AoS lay-out (NS) toont het nieuwe SoA lay-out in CoreNEURON voor het opslaan van mechanisme-eigenschappen.

4.3. NMODL bron-naar-bron vertaler

NEURON heeft ondersteuning gehad voor het genereren van code via de modelbeschrijvingstaal, NMODL, sinds versie 2 die in 1989 werd uitgebracht (Blundell et al., 2018). Het codegeneratieprogramma van NEURON is gewijzigd in een standalone tool genaamd MOD2C (MOD2C GitHub-opslagplaats, 2019). Deze tool wordt door CoreNEURON gebruikt om alle NEURON-modellen te ondersteunen die in NMODL zijn geschreven. Figuur 4 toont de workflow op hoog niveau van MOD2C. De eerste stap van bron-naar-bron vertaler is: lexicale analyse waar lexicale patronen in de NMODL-code worden gedetecteerd en tokens worden gegenereerd. De syntaxisanalyse step gebruikt die tokens en bepaalt of de reeks tokens geschikt is in de taal. De semantische analyse stap zorg ervoor dat syntactisch geldige zinnen zinvol zijn als onderdeel van de modelbeschrijving. Code generatie is de stap waarin een C++-bestand wordt gemaakt met compilertips voor auto-vectorisatie (bijv. #pragma ivdep) en GPU-parallellisatie met het OpenACC-programmeermodel (Wikipedia, 2012). MOD2C zorgt ook voor codegeneratie voor AoS en SoA geheugen lay-outs. MOD2C gebruikt voor deze implementatie open source flex- en bison-tools (Levine en John, 2009). Meer informatie over de NMODL-codegeneratiepijplijn is te vinden in Blundell et al. (2018).

Figuur 4. Workflow voor codegeneratie voor CoreNEURON : in het midden worden verschillende fasen van de source-to-source compiler weergegeven die het beschrijvingsbestand van het invoermodel (hh.mod) naar C++-code (hh.cpp) vertaalt. Compiler hints zoals ivdep en acc parallelle lus worden ingevoegd om CPU-vectorisatie/GPU-parallellisatie mogelijk te maken.

4.4. GPU-poorten

Voorafgaand aan het CoreNEURON-project is er een aanzienlijke inspanning geleverd om NEURON naar de GPU-architectuur te porten met behulp van het CUDA-programmeermodel (Wikipedia, 2006 NVIDIA Corporation, 2006�). Een van de twee belangrijkste componenten van deze implementatie was de uitbreiding van de NMODL source-to-source compiler om CUDA-code uit te zenden. De andere belangrijke component beheerde een interne geheugentransformatie van NEURON's thread-efficient AoS geheugenindeling naar een efficiënter GPU-geheugen SoA indeling. Voor het genereren van CUDA-code was er een aparte versie van de NMODL source-to-source compiler. NEURON onderhoudt complexe datastructuren van sectie, segment voor interactief gebruik. Het geheugenbeheer van deze niet-POD-type (Plain Old Data) datastructuren tussen CPU en GPU waren behoorlijk complex omdat geheugentoewijzingen niet aaneengesloten waren. Deze experimentele NEURON-versie (Hines, 2014) was behoorlijk efficiënt voor matrixconfiguratie en kanaalstatusintegratie voor cellulaire simulaties, maar bereikte geen netwerksimulatiecapaciteit. Het project strandde op problemen met softwarebeheer bij het onderhouden van twee volledig afzonderlijke codebases, de moeilijkheid om de veranderingen in de gegevensstructuur te begrijpen die betrokken zijn bij de transformatie van de geheugenlay-out van AoS tot SoA, en de moeilijkheid om pointer-updates te beheren bij afwezigheid van pointer-semantische informatie. Het werd duidelijk dat een meer algemeen beeld nodig was dat niet alleen deze problemen voor de GPU kon verlichten, maar ook een kans had om te evolueren om aan toekomstige architecturen te werken. Deze visie is belichaamd in de ontwikkeling van CoreNEURON. Zoals besproken in paragraaf 4.2, zijn de CoreNEURON-gegevensstructuren en geheugenlay-out geoptimaliseerd voor efficiënte geheugentoegang. MOD2C ondersteunt codegeneratie met het OpenACC-programmeermodel dat helpt om verschillende acceleratorplatforms te targeten. Gebruikers moeten de CoreNEURON-bibliotheek compileren met een compiler die OpenACC ondersteunt. Afbeelding 5 toont de GPU-geactiveerde uitvoeringsworkflow waarin verschillende stadia van de CoreNEURON-simulator op CPU en GPU worden beschreven.

Figuur 5. Tijdlijn met de workflow van GPU-enabled CoreNEURON-uitvoering. De Model gebouw en Geheugen instellen fasen worden uitgevoerd op CPU door respectievelijk NEURON en CoreNEURON. De laatste voert een in-place geheugen AoS naar SoA-transformatie en knooppuntpermutatie uit om Gauss-eliminatie te optimaliseren. Het CoreNEURON in-memory model wordt vervolgens gekopieerd naar het GPU-geheugen met behulp van OpenACC API's. Alle fasen van tijdstapintegratie, inclusief drempeldetectie voor het genereren van gebeurtenissen en het leveren van gebeurtenissen aan synapsmodellen, vinden plaats op de GPU. Aan het einde van elke tijdstap (dt), worden de gegenereerde piekgebeurtenissen overgedragen naar de CPU. Omgekeerd worden alle piekgebeurtenissen die tijdens een stap moeten worden geleverd, in een buffer van het type per synaps geplaatst en aan het begin van elke tijdstap overgedragen naar de GPU. Aan het einde van oponthoud interval worden alle pieken die bestemd zijn voor andere processen overgedragen met behulp van MPI-communicatie.

Een van de prestatie-uitdagingen voor een GPU-implementatie is onregelmatige geheugentoegang vanwege de niet-homogene boomstructuur van neuronen. Figuur 6A toont bijvoorbeeld drie verschillende morfologische typen en hun compartimentele boomverbindingstopologie in de simulator wordt weergegeven in figuur 6B. De GPU levert betere prestaties wanneer opeenvolgende threads (in groepen van 16 of 32) dezelfde berekeningen uitvoeren en de gegevens van opeenvolgende geheugenadressen laden. Wanneer er een groot aantal cellen per morfologisch type zijn, is het eenvoudig om optimale prestaties te bereiken door de compartimenten van identieke cellen te verweven. Maar met weinig cellen per morfologisch type, lijdt Gauss-eliminatie aan niet-aaneengesloten lay-out van ouders ten opzichte van een groep knooppunten. Dit resulteert in onregelmatige, gespreide geheugentoegangen en dus slechte prestaties (Valero-Lara et al., 2017). Om dit aan te pakken, zijn er twee alternatieve schema's voor het bestellen van knooppunten, doorschoten lay-out en Constante diepte lay-out, zijn geïmplementeerd zoals geïllustreerd in figuren 6D,E. Alle cellen hebben hetzelfde aantal compartimenten, maar elk heeft een ander vertakkingspatroon (Figuur 6C). Knooppunten (die compartimenten vertegenwoordigen) binnen een cel worden genummerd met opeenvolgende gehele getallen. In het geval van doorschoten indeling, een compartiment van elk van N cellen vormen een aangrenzende groep van N compartimenten. De groepen staan ​​in willekeurige volgorde van wortel tot blad, maar overeenkomstige compartimenten in identieke cellen zijn aangrenzend. Voor een groep van drie threads markeren de verticale vierkante accolades bijvoorbeeld bovenliggende indices die dezelfde volgorde hebben als de knooppunten. Dit resulteert in aaneengesloten geheugenbelastingen (CL) of stapsgewijs geheugen laden (SL). Voor elke Gauss-eliminatiebewerking is het aantal threads dat parallel kan worden berekend gelijk aan het aantal cellen en daarom wordt dit schema aangeduid als één cel per threadlay-out. Voor Constante diepte lay-out, alle knooppunten op dezelfde diepte vanaf de wortel zijn aangrenzend. Voor een gegeven diepte zijn overeenkomstige knooppunten van identieke cellen aangrenzend. Kinderen van vertakkingsknooppunten in dezelfde cel worden zo ver mogelijk uit elkaar gehouden om conflicten te minimaliseren, terwijl hetzelfde knooppunt vanuit verschillende threads wordt bijgewerkt.

Figuur 6. De bovenste rij toont drie verschillende morfologische typen met hun dendritische boomstructuur in (EEN) en dendrogrammen die in-memory boomweergave van deze typen in CoreNEURON in . tonen (B). De onderste rij toont verschillende schema's voor het bestellen van knooppunten om de geheugentoegangslocatie op GPU's te verbeteren: (C) Voorbeeldtopologieën van drie cellen met hetzelfde aantal compartimenten (NS) Interleaved Layout waarbij een compartiment van elk van de N cellen een aangrenzende groep van N compartimenten vormt. Voor lde knoop, Nl is knooppuntindex en par[i] is de bovenliggende index. Met drie executor-threads markeren vierkante accolades bovenliggende indices die resulteren in aaneengesloten geheugenbelasting (CL) en strided geheugenbelasting (SL) (E) Constante dieptelay-out waarbij alle knooppunten op dezelfde diepte vanaf de wortel aangrenzend zijn (F) Vergelijking van twee schema's voor het bestellen van knooppunten voor het Ring-netwerkmodel met de uitvoeringstijd van de volledige simulatie en de stap Gaussiaanse eliminatie.

Om de impact van knooppuntvolgordeschema's op de uitvoeringstijd te analyseren, hebben we een meervoudig Ring-netwerkmodel van cellen met willekeurige boomtopologie gebruikt (Hines, 2017a). Deze test maakt het mogelijk om de prestatie-impact te evalueren wanneer ouders van een aaneengesloten groep van 32 nodes niet aaneengesloten zijn en uitgevoerd worden in brokken van 32 threads (een zogenaamde kromtrekken). We gebruikten een meervoudig Ring-model met in totaal 131.072 cellen bestaande uit 10.878.976 knooppunten die 10 ms draaien op NVIDIA K20X GPU (NVIDIA Corporation, 2012). Elke cel heeft hetzelfde aantal (83) knopen, maar verschillende celtypen hebben een ander willekeurig vertakkingspatroon van de 40 dendrieten. Het aantal identieke cellen per type varieert van 1 (131.072 verschillende vertakkingspatronen) tot 32 (4096 verschillende vertakkingspatronen). Merk op dat, ongeacht het vertakkingspatroon, Gauss-eliminatie exact hetzelfde aantal rekenkundige bewerkingen vereist. Afbeelding 6D toont de prestaties van Interleaved Layout en Constant Depth Layout. Voor beide knooppuntvolgordeschema's zijn de prestaties optimaal met betrekking tot de bovenliggende volgorde wanneer er ten minste 32 cellen van elk type zijn die overeenkomen met de 32 threads die in Enkele instructie Meerdere gegevens (SIMD) modus. Met minder cellen per type wordt de volgorde van bovenliggende knooppunten minder dan optimaal en gaan de prestaties van Interleaved-lay-out tot een factor twee achteruit. Merk op dat de totale looptijd sneller verslechtert dan de Gauss-eliminatietijd vanwege het feit dat de bovenliggende contiguïteit ook de prestaties van de boommatrixinstelling beïnvloedt tijdens de evaluatie van de huidige balansvergelijking van een knooppunt. De uitvoeringstijd van Constante diepte lay-out laat zien dat het mogelijk is om de volgorde van knooppunten te wijzigen, zodat bovenliggende knooppunten waarschijnlijk in significante aaneengesloten volgorde staan ​​ten opzichte van hun kinderen. De constante verhouding tussen totale looptijd en Gaussiaanse eliminatie is te wijten aan de verwaarloosbare tijdsbijdrage van passieve dendrieten aan matrixopstelling in combinatie met de significante rol van ouderordening bij het berekenen van het effect van topologisch aangrenzende knooppunten op matrixopstelling van de huidige balansvergelijkingen.


Discussie

Het doel van het huidige werk was om de LUHMES-cellijn vast te stellen als algemeen menselijk neuronaal celmodel. We hebben de hoge homogeniteit en het gebruiksgemak van deze cellijn aangetoond, die het gebruik van biochemische analytische methoden mogelijk maakt, naast benaderingen met één cel. De immunocytochemische detectie van meerdere neuronale markers toonde aan dat d5/d6-cellen in veel opzichten lijken op primaire neuronale culturen. De differentiatie die snel en relatief synchroon verloopt, maakt dit systeem geschikt voor ontwikkelingsstudies. Dit idee wordt verder ondersteund door onze bevindingen van typisch groeikegel- en neurietverlengingsgedrag, en dat dergelijke processen ook kunnen worden bestudeerd in media die vrij zijn van serum, cAMP en groeifactoren.

De neuronale status van LUHMES en zijn robuustheid zijn weinig gedefinieerd in eerdere studies die voornamelijk hun degeneratie onderzochten ( Lotharius et al. 2005 Selenica et al. 2007). Voordat de hier beschreven differentiatievoorwaarden worden vastgesteld, leidt het hanteren van de cellen vaak tot asynchrone differentiatie en heterogeniteit van de culturen (Figuur S2). De toxiciteit van MPP + was bijvoorbeeld moeilijk te beheersen, omdat deze in hoge mate afhankelijk is van de celdichtheid (Figuur S7). Met de oude 1-staps differentiatieprocedure werden de cellen op een minder stringente manier post-mitotisch. Met het nieuwe protocol dat hier wordt gepresenteerd, waren de verkregen celaantallen reproduceerbaar binnen een smal bereik en gemakkelijk te controleren (Figuur S2). De eliminatie van een dergelijke variatie heeft de huidige basiskarakterisering mogelijk gemaakt van de ontwikkelingsstatus van de cellen in de prolifererende en differentiërende staat. De experimenten met verschillende mediasupplementen toonden een verrassend robuuste bepaling van het lot van de cellen naar neuronale rijping, onafhankelijk van externe stimuli. In de loop van deze studies bleek ook dat de LUHMES-lijn kan worden gebruikt om neuronen te genereren die niet de dopaminesynthesemachinerie bevatten, en dat verschillende kenmerken van dopaminerge neuronen onafhankelijk kunnen worden gereguleerd.

Een bijzonder voordeel van het LUHMES-model is de extreem hoge conversie naar post-mitotische neuronen (> 99%), en dat dit kan worden gevolgd door zowel biochemische methoden die de hele populatie aanspreken als op cel-voor-cel basis. In dit opzicht gedragen ze zich op dezelfde manier als bijvoorbeeld PC12-cellen van ratten (Greene en Tischler 1976), die de meest algemeen gebruikte modelcellijn in de neurowetenschappen zijn. Een menselijk model met dergelijke functies is nog steeds nodig. Zo vormen de algemeen toegepaste van teratocarcinoom afgeleide hNT-cellen een uitgebreid neurietnetwerk ( Pleasure et al. 1992), maar ze kunnen tijdens hun langdurige differentiatie niet op een eencellige basis worden gevolgd, hoewel de protocollen de laatste tijd aanzienlijk zijn verbeterd (Podrygajlo et al. 2010). Hetzelfde geldt voor neurogene stamcellen. Hoewel sterk verbeterde protocollen zijn gepubliceerd voor neuronale differentiatie (Chambers et al. 2009 ) van pluripotente cellen, hebben ze betrekking op voortdurende proliferatie en dood van de startpopulatie. Een andere gunstige eigenschap van LUHMES-cellen is de vorming van de zeer lange neurieten. Interessant is dat LUHMES complementair kan zijn aan PC12 voor dergelijke neurietstudies, aangezien hun neurietgroei spontaan en onafhankelijk van de toevoeging van exogene zenuwgroeifactor, die vereist is in dat rattenmodel, plaatsvindt (Greene en Tischler 1976 Rabizadeh et al. 1993 Parran et al. 2003 ).

We ontdekten hier dat LUHMES de elektrische basiseigenschappen van neuronen langzamer verwerft dan veel andere differentiatiekenmerken (bijv. Synaptische eiwitexpressie). De ontwikkeling van functionele synapsen kan een nog latere stap zijn en vereist nader onderzoek. Ook is de axo-dendritische polarisatiestatus niet in detail opgehelderd zoals voor sommige andere cellen, zoals hNT2 ( Pleasure et al. 1992). De betekenis van de overlap van MAP2 met tau in het proximale deel van lange neurieten moet in de toekomst verder worden onderzocht. Speciaal voor in vitro mesencefale culturen, duidelijke informatie over MAP2 en tau-distributie is schaars in de literatuur en geeft daarom geen goede leidraad voor wat van LUHMES mag worden verwacht. In andere typen neuronen is MAP2-lokalisatie niet uitsluitend beperkt tot dendrieten (Binder et al. 1986). Zowel voor hippocampale als dopaminerge neuronen is aangetoond dat axonen vaak voortkomen uit MAP2-bevattende processen (Dotti et al. 1988 Jaeger et al. 1989), en sterke axonale MAP2-kleuring is gedetecteerd in neuronen van het ruggenmerg ( Papasozomenos et al. 1985 ).

Onze celkarakteriseringsstudie suggereert meerdere toepassingen van LUHMES naast het gebied van de ziekte van Parkinson dat eerder is onderzocht (Lotharius et al. 2005 Schildknecht et al. 2009, 2011). LUHMES lijkt bijvoorbeeld een interessant nieuw systeem te zijn voor neurologische ontwikkelingsstudies (bijvoorbeeld neurietuitgroei) of voor studies over de regeneratie van experimenteel beschadigde neurieten. Met name biochemische studies en de karakterisering van de cultuur door analyse van transcriptprofielen worden mogelijk door de homogene differentiatie. Voor veel van dergelijke toekomstige toepassingen zou de transfecteerbaarheid van de cellen een voordeel zijn. We hebben hier met GFP-expressie aangetoond dat lentivirussen een efficiënt hulpmiddel zijn voor genoverdracht naar LUHMES, terwijl klassieke methoden over het algemeen een zeer lage efficiëntie vertoonden.

Het vooraf bepaalde neuronale lot van LUHMES werd duidelijk geïllustreerd in dit werk, maar het werd ook duidelijk dat er een bepaald bereik is waarin differentiatieomstandigheden het exacte neuronale fenotype kunnen bepalen. In deze context was het interessant dat dopaminerge markers een differentieel gedrag vertoonden. Sommige (bijv. DAT) werden tijdens de differentiatie gereguleerd, onafhankelijk van externe groeifactoren. De situatie was anders voor RET, E en aromatisch aminozuurdecarboxylase, dat de continue aanwezigheid van cAMP/GDNF vereiste voor hun maximale expressie in gedifferentieerde cellen. Toen de rol van de individuele factoren werd getest, toonden de gegevens over TH-eiwithoeveelheden aan dat dibutyryl-cAMP alleen voldoende was voor opregulatie. Dit komt overeen met de regulatie van de TH-promoter door cAMP en cAMP-responselement-bindend eiwit (Hyman et al. 1988 Piech-Dumas en Tank 1999 Lewis-Tuffin et al. 2004). GDNF alleen vertoonde nauwelijks enig effect, in overeenstemming met bevindingen dat sommige van zijn neuronale activiteiten gelijktijdige activering van cAMP-afhankelijke routes vereisen (Engele en Franke 1996). De individuele factoren beïnvloedden ook de MPP+-gevoeligheid van LUHMES-cellen in het lage concentratiebereik. Differentiatie in aanwezigheid van alleen cAMP was even efficiënt als cAMP/GDNF voor sensibilisatie (Figuur S7). GDNF alleen had ook enig sensibiliserend effect. Mogelijk kwam dit door een extra modulatie van cAMP-niveaus onder MPP+-stress, maar dit werd nog niet verder opgevolgd.

De grote meerderheid van genregulaties en eiwitexpressie werd helemaal niet beïnvloed door de afwezigheid van cAMP/GDNF tijdens de differentiatie (−/−). Dit suggereert dat −/−-gedifferentieerde cellen geen alternatief neurotransmitterfenotype verwerven, maar alleen dopamine missen. Deze veronderstelling wordt ondersteund door twee bevindingen. Ten eerste is de dopamineopname- en afgiftemachinerie nog steeds intact in −/−-cellen, en TH kan gemakkelijk worden geïnduceerd, zelfs in reeds gedifferentieerde cellen door toevoeging van groeifactor. Ten tweede hebben we geen bewijs gevonden dat genen die nodig zijn voor andere fenotypes van neurotransmitters specifiek werden opgereguleerd onder −/−-omstandigheden. Het enige gen dat bij deze aandoening hoger tot expressie werd gebracht, was: PITX3, wat een belangrijke transcriptiefactor is die typisch betrokken is bij dopaminerge rijping en onderhoud. De opregulatie ervan in afwezigheid van dopamine kan worden beschouwd als een compenserende respons, waarvan is gesuggereerd dat deze wordt gereguleerd via miR133b (Li et al. 2009 ).

We kunnen niet uitsluiten dat verdere exogene factoren de differentiatie van LUHMES beïnvloeden. Deze kunnen standaard mediumcomponenten, hechtingsfactoren en mediatoren omvatten die door de cellen zelf worden geproduceerd of gemodificeerd, zoals retinoïnezuur. Dit zou een bepaalde micro-inhomogeniteit van de culturen kunnen verklaren, bijvoorbeeld met betrekking tot de kinetiek van het verlies van gepolysialyleerde neurale celadhesiemoleculen (PSA-NCAM). De meeste andere markers bleken echter homogeen verdeeld te zijn.

Wat betreft de specificatie van LUHMES langs de dopaminerge rijpingsroute, ontstond een complex beeld (Figuur S6). De prolifererende d0-cellen brachten niet alleen markers van neuronale voorlopers tot expressie, maar ook veel neuronale markers en verschillende dopaminerge kenmerken, waaronder bijvoorbeeld NURR1-expressie, die al op zijn maximale niveau was. Dus d0 heeft al een duidelijke neuronale betrokkenheid. In d6-cellen werden aanvullende neuronale en dopaminerge kenmerken opgereguleerd, waaronder TH, DAT, D2 en KCNJ6, die typisch zou worden gevonden in gedifferentieerde A9-dopaminerge neuronen. Sommige van de kenmerken die gewoonlijk worden geassocieerd met onrijpe cellen, zoals nestine-expressie, gingen in dit stadium echter niet verloren. De gemengde volwassenheidsstatus van gedifferentieerde LUHMES kan twee verschillende redenen hebben. Ten eerste kan de rijping van verschillende functies verschillende tijdsverloop volgen, en sommige processen kunnen meer dan 10 dagen differentiatietijd vergen. Ten tweede hebben de cellen mogelijk slechts een beperkte rijpingscapaciteit onder de gekozen kweekomstandigheden. Mogelijk is contact met andere celtypen of blootstelling aan andere factoren (sonic hedgehog, retinoïnezuur, ascorbinezuur, groeifactoren) nodig voor volledige rijping. Deze vraag zal in de toekomst meer onderzoek vergen. Dit geldt ook voor de optimalisatie van langetermijnculturen, die van groot belang zijn voor het onderzoek naar synaptische integratie. Onmiddellijke toepassingen voor het nieuwe model waarvoor geen significante wijzigingen nodig zijn, zijn studies van de uitgroei of regeneratie van neurieten en van de begeleiding ervan. Bovendien is met de LUHMES-cellen een nieuw krachtig systeem beschikbaar om de werkingsmechanismen van ontwikkelingsneurotoxische stoffen te karakteriseren. Het kan met name geschikt zijn wanneer zeer kwantitatieve high-throughput-assays moeten worden uitgevoerd.


Astrocyten - van draagconstructie tot schoonmaakploeg

Astrocyten zijn de meest voorkomende cellen in het CZS. Door hun ondersteunende en beschermende rol zijn ze onmisbaar bij het normaal functioneren van de hersenen. Als zodanig zijn astrocyten betrokken bij extracellulaire matrix (ECM) homeostase, recycling van neurotransmitters, neuroplasticiteit en vele andere processen.Hun specifieke bijdrage aan synaptische vorming, onderhoud en eliminatie is de afgelopen decennia meer gewaardeerd geworden. Astrocyten scheiden synaptogene factoren af, zoals trombospondinen, die nodig zijn tijdens synaptische vorming en werken om functionele synapsen te versterken [170]. Bovendien gebeurt synaptogenese door direct fysiek contact met astrocyten aanzienlijk sneller (zoals aangetoond) in vitro [171]), wat het belang van deze gliacellen tijdens synaptogenese benadrukt [172]. Als onderdeel van de zogenaamde 'tripartiete synaps', samen met pre- en postsynaptische neuronen, oefenen astrocyten een breed scala aan regulerende functies uit om de synaptische stabiliteit te behouden. Hier concentreren we ons echter vooral op hun rol in synaptische eliminatie en E / I-balansonderhoud tijdens neurodegeneratie.

Naast microglia is aangetoond dat astrocyten betrokken zijn bij synaptische eliminatie. Een studie van Chung et al. toonde aan dat astrocyten fagocytische receptoren tot expressie brengen, zoals MER Proto-Oncogene, Tyrosine Kinase (MERTK) en meerdere epidermale groeifactorachtige domeinen 10 (MEGF10), die verantwoordelijk zijn voor synapstargeting en -eliminatie [170, 173]. Interessant genoeg leek de fagocytose van synapsen door astrocyten onafhankelijk te zijn van het complementeiwit C1q, wat een andere fagocytische route suggereert dan die wordt gebruikt door microglia. Bovendien onthulde de studie dat de fagocytische functies van astrocyten sterk afhankelijk zijn van neurale activiteit, wat aangeeft dat astrocyten actieve synapsen actief snoeien in plaats van alleen synaptisch puin op te ruimen. Specifiek, het blokkeren van spontane retinale golven in beide ogen verminderde significant de door astrocyten gemedieerde fagocytose van bilaterale synaptische inputs, terwijl selectieve blokkering van activiteit in slechts één oog preferentiële verzwelging van de tot zwijgen gebrachte synapsen door astrocyten induceerde [173]. Van reactieve astrocyten is ook aangetoond dat ze ?? fagocytosesynapsen in hippocampale regio's van amyloïde precursoreiwit/preseniline 1 (APP/PS1) muizen en in post-mortem AD-hersenen. Dystrofische presynaptische vGlut1-positieve terminals lijken het doelwit en worden afgebroken door astrocytische eindvoeten, maar het blijft onduidelijk of deze mechanismen bijdragen aan ziektepathologie of aangetast worden tijdens ziekteprogressie [174]. De betrokkenheid van PDE's bij door astrocyten gemedieerde synaptische controle blijft een onbestudeerd onderwerp. PDE-remming of cAMP-verhoging in astrocyten lijkt verschillende neuro-inflammatoire routes te reguleren en zou daarom de synaptische integriteit op een indirecte manier kunnen beïnvloeden [66]. Het is aangetoond dat behandeling van astrocyten met 8-Br-cAMP, een cAMP-analoog, de niveaus van het pro-inflammatoire cytokine TNF'945 verlaagt [11]. TNF'945 stimuleert C3-expressie, waardoor complement-gemedieerde synapseliminatie wordt vergemakkelijkt, wat suggereert dat astrocytisch cAMP door ontsteking veroorzaakte synaptische eliminatie zou kunnen verzwakken [175, 176].

Van reactieve astrocyten is ook aangetoond dat ze nauw geassocieerd zijn met amyloïde plaques in AD-hersenen en bleken A'946 zowel te internaliseren als in vitro en in vivo [177-179]. Daaropvolgende door astrocytische A'946 geïnduceerde afgifte van pro-inflammatoire factoren leidt tot synaptische stoornissen en neuronale dood in modellen voor AD [180, 181]. Een genotype-specifiek fagocytisch vermogen van astrocyten is aangetoond in de context van AD. Astrocyten van apolipoproteïne E4 (APOE4) knock-in (KI) muizen vertonen een defecte fagocytische capaciteit, terwijl astrocyten van APOE2 KI-muizen een verhoogde snelheid van synaptische eliminatie hebben [182]. Interessant is dat geïnduceerde pluripotente stamcel-afgeleide astrocyten van APOE4 AD-patiënten die genetisch waren geconverteerd met CRISPR-Cas9 naar een APOE3-genotype, een geredde algehele fagocytische capaciteit vertoonden, wat de APOE-allelafhankelijke fagocytische capaciteit van astrocyten in AD-pathologie [183] ​​bevestigt.

Astrocyten richten zich op zowel prikkelende als remmende synapsen, maar de balans varieert tijdens verschillende ontwikkelingsstadia. In de eerste fase van de postnatale ontwikkeling worden meer prikkelende synapsen overspoeld, waarschijnlijk als gevolg van de hogere snelheid van synaptogenese in deze fase. Deze waarneming laat zien dat astrocyten een cruciale rol spelen bij het handhaven van het E/I-evenwicht [173]. Een van de belangrijke functies van astrocyten in de buurt van exciterende synapsen is de heropname van overmatig glutamaat via de excitatory amino acid transporters (EAAT)1 en EAAT3, om excitotoxiciteit te voorkomen [184]. Zowel amyotrofische laterale sclerose (ALS) als Huntington-mutante muismodellen, d.w.z., respectievelijk superoxide dismutase 1 (SOD1) en huntingtine (htt) gemedieerde vertonen defecte astrocytische glutamaattransporters, wat uiteindelijk leidt tot extracellulaire glutamaataccumulatie en neuronale dood door excitotoxiciteit [185, 186]. Evenzo zijn verstoorde glutamaatreceptoren voorgesteld in de context van de ziekte van Parkinson (PD), als gevolg van accumulatie van '945-synucleïne in astrocyten [187]. Bovendien zijn astrocyten in staat om GABA te produceren en af ​​te geven als een gliotransmitter, waardoor mogelijk GABA-receptoren op aangrenzende neuronen worden geactiveerd [188]. Reactieve astrocyten produceren echter beduidend minder glutamine. Als voorloper van GABA leidt glutamine-uithongering tot een vermindering van remmende stromen als gevolg van GABA-depletie, terwijl de exciterende stromen ongewijzigd blijven [189]. Daarentegen is aangetoond dat overreactieve astrocyten bij AD de synaptische functie verstoren door overmatige productie en afgifte van GABA door het GABA-producerende enzym monoamineoxidase B (MAO-B). De vrijgekomen GABA remt de neuronale synaptische afgifte sterk, wat leidt tot verslechtering van LTP en leren en geheugen [190]. In lijn hiermee is aangetoond dat A'946 de GABA-synthese van astrocyten verhoogt, wat een cruciale rol suggereert van astrocyten in de E/I-onbalans in AD [191]. Het tegenovergestelde is aangetoond in een muismodel voor de ziekte van Huntington (HD), waar astrocytische GABA-afgifte door GABA-transporter 3 (GAT-3) wordt verminderd, wat resulteert in verminderde tonische remming in striatale output-neuronen [192]. Het is aangetoond dat PDE5-remming door behandeling met sildenafil een preventief en herstellend effect heeft op door LPS geïnduceerde ontsteking in astrocyten in vivo [193]. Dienovereenkomstig is bewezen dat toediening van ibudilast astrogliose tijdens neuro-inflammatie vermindert en astrocytische apoptose lijkt te voorkomen via cGMP-signalering [15, 194, 195]. Van remming van PDE7 door de remmer S14 is aangetoond dat het door astrocyten gemedieerde A'946-afbraak stimuleert in een muizenmodel voor AD [79]. Alles bij elkaar genomen benadrukken deze gegevens het therapeutische potentieel van PDE-modulatie in astrocyten in de context van neuro-inflammatie. Er is echter verder onderzoek nodig om uit te zoeken of PDE-remming een direct effect heeft op het door astrocyten gemedieerde synapsonderhoud. Aangezien astrocyten cruciale mediatoren zijn tijdens synaptische eliminatie en bij het behouden van de E/I-balans, zou toekomstig onderzoek zich op deze mechanismen moeten concentreren om de potentiële voordelen van PDE-remmers als therapeutische strategieën voor neurodegeneratieve ziekten op te helderen.


ML bedankt leden van het Levin-lab, evenals Daniel C. Dennett, Giovanni Pezzulo, Francisco Vico en Guven Guzeldere voor de vele nuttige discussies over deze onderwerpen.

Adamatzky, A., en Alonso-Sanz, R. (2011). Wederopbouw van Iberische snelwegen met slijmzwam. Biosystemen 105, 89�. doi: 10.1016/j.biosystems.2011.03.007

Adamatzky, A., Costello, B.D., Melhuish, C., en Ratcliffe, N. (2003). Experimentele reactie-diffusie chemische processors voor robotpadplanning. J. Intel. Robot. Syst. 37, 233�. doi: 10.1023/A:1025414424756

Adamatzky, A., Costello, B.D.L., en Shirakawa, T. (2008). Universele berekening met beperkte middelen: belousov-zhabotinsky en physarum computers. Int. J. Bifurcat. Chaos 18, 2373�. doi: 10.1142/S0218127408021750

Adams, DS (2008). Een nieuw hulpmiddel voor weefselingenieurs: ionen als regulatoren van morfogenese tijdens ontwikkeling en regeneratie. Tis. Ing. Deel A 14, 1461�. doi: 10.1089/ten.tea.2008.0080

Adams, D.S., Lemire, J.M., Kramer, R.H. en Levin, M. (2014). Optogenetica in ontwikkelingsbiologie: licht gebruiken om ionenfluxafhankelijke signalen in Xenopus-embryo's. Int. J. Dev. Biol. 58, 851�. doi: 10.1387/ijdb.140207ml

Adams, D.S., en Levin, M. (2012). Algemene principes voor het meten van rustmembraanpotentiaal en ionenconcentratie met behulp van fluorescente bio-elektriciteitsreporters. Koude Lente Harb. prot. 2012, 385�. doi: 10.1101/pdb.top067710

Adams, D.S., Tseng, A.S., en Levin, M. (2013). Lichtactivering van de Archaerhodopsin H+-pomp keert leeftijdsafhankelijk verlies van regeneratie van gewervelde dieren om: in vivo controles op systeemniveau veroorzaken. Biol. Open 2, 306�. doi: 10.1242/bio.20133665

Agnati, L.F., Leo, G., Zanardi, A., Genedani, S., Rivera, A., Fuxe, K., et al. (2006). Volumetransmissie en bedradingstransmissie van cellulaire naar moleculaire netwerken: geschiedenis en perspectieven. Acta Fysiol. 187, 329�. doi: 10.1111/j.1748-1716.2006.01579.x

Albrecht-Buehler, G. (1980). Autonome bewegingen van cytoplasmatische fragmenten. Proc. nat. Acad. Wetenschap. VS. 77, 6639�. doi: 10.1073/pnas.77.11.6639

Albrecht-Buehler, G. (1982). Controle van de beweging van weefselcellen. nat. Kanker Inst. monogr. 60, 117�.

Albrecht-Buehler, G. (1985). Is cytoplasma ook intelligent? Cel Spier Motil. 6, 1�. doi: 10.1007/978-1-4757-4723-2_1

Alvarez, L., Friedrich, B. M., Gompper, G., en Kaupp, U. B. (2013). De computationele zaadcel. Trends Cell Biol. 24, 198�. doi: 10.1016/j.tcb.2013.10.004

Antov, Y., Barbul, A., Mantsur, H., en Korenstein, R. (2005). Elektro-endocytose: blootstelling van cellen aan gepulseerde lage elektrische velden verbetert de adsorptie en opname van macromoleculen. Biofysica. J. 88, 2206�. doi: 10.1529/biophysj.104.051268

Applewhite, PB (1972). De stroom van ionen in leren en geheugen. J. Theor. Biol. 36, 419�. doi: 10.1016/0022-5193(72)90109-9

Applewhite, P.B., Lapan, E.A., en Gardner, F.T. (1969). Protozoa-gewenningsleren na verlies van macronuclei en cytoplasma. Natuur 222, 491�. doi: 10.1038/222491a0

Aragoněs, A.C., Haworth, N.L., Darwish, N., Ciampi, S., Bloomfield, N.J., Wallace, G.G., et al. (2016). Elektrostatische katalyse van een Diels'x2013Alder-reactie. Natuur 531, 88�. doi: 10.1038/natuur16989

Aur, D. (2012). Van neuro-elektrodynamica tot denkmachines. Cog. Berekenen. 4, 4�. doi: 10.1007/s12559-011-9106-3

Baddour, J.A., Sousounis, K., en Tsonis, P.A. (2012). Orgelreparatie en -regeneratie: een overzicht. Geboorte def. Onderzoek C Embr. Vandaag 96, 1�. doi: 10.1002/bdrc.21006

Balaskas, N., Ribeiro, A., Panovska, J., Dessaud, E., Sasai, N., Page, K.M., et al. (2012). Genregulerende logica voor het lezen van de Sonic Hedgehog-signaleringsgradiënt in de neurale buis van gewervelde dieren. Cel 148, 273�. doi: 10.1016/j.cell.2011.10.047

Baluška, F. (2010). Recente verrassende overeenkomsten tussen plantencellen en neuronen. Plant signaal. Gedraag je. 5, 87�. doi: 10.4161/psb.5.2.11237

Baluška, F., en Mancuso, S. (2009). Diepe evolutionaire oorsprong van neurobiologie: de essentie van ‘neural’ op zijn kop zetten. gemeenschappelijk. Integreren. Biol. 2, 60�. doi: 10.4161/cib.2.1.7620

Baluška, F., en Mancuso, S. (2013). Root apex overgangszone als oscillerende zone. Voorkant. Plant Sci. 4:354. doi: 10.3389/fpls.2013.00354

Baluška, F., Mancuso, S., Volkmann, D., en Barlow, P.W. (2004). Worteltoppen als centrale commandocentra van planten: de unieke 'hersen-achtige' status van de overgangszone van de worteltop. Biologie 59, 9�.

Baluška, F., Mancuso, S., Volkmann, D., en Barlow, P.W. (2009a). De 'root-brain'-hypothese van Charles en Francis Darwin: heropleving na meer dan 125 jaar. Plant signaal. Gedraag je. 4, 1121�. doi: 10.4161/psb.4.12.10574

Baluška, F., Mancuso, S., Volkmann, D., en Barlow, P.W. (2010). Root apex transitiezone: een signaleringsresponsnexus in de root. Trends Plant Sci. 15, 402�. doi: 10.1016/j.tplants.2010.04.007

Baluška, F., ᘊmaj, J., en Menzel, D. (2003). Polair transport van auxine: dragergemedieerde flux over het plasmamembraan of neurotransmitterachtige secretie? Trends Cell Biol. 13, 282�. doi: 10.1016/S0962-8924(03)00084-9

Baluška, F., Schlicht, M., Volkmann, D., en Mancuso, S. (2008). Vesiculaire secretie van auxine: bewijzen en implicaties. Plant signaal. Gedraag je. 3, 254�. doi: 10.4161/psb.3.4.5183

Baluška, F., Schlicht, M., Wan, Y.-L., Burbach, C., en Volkmann, D. (2009b). Intracellulaire domeinen en polariteit in worteltoppen: van synaptische domeinen tot plantenneurobiologie. Nova Acta Leopold 96, 103�.

Baluška, F., Volkmann, D., en Menzel, D. (2005). Plantsynapsen: op actine gebaseerde adhesiedomeinen voor cel-naar-cel communicatie. Trends Plant Sci. 10, 106�. doi: 10.1016/j.tplants.2005.01.002

Baluška, F., en Wan, Y.L. (2012). 𠇏ysieke controle overendocytose,” in Endocytose in planten, red. J. ᘊmaj (Berlijn: Springer-Verlag), 123�.

Bancroft, W.D., en Richter, G.H. (1930). De theorie van narcose van Claude Bernard. Proc. nat. Acad. Wetenschap. VS. 16, 573�. doi: 10.1073/pnas.16.9.573

Barlow, P.W., en Baluška, F. (2000). Cytoskeletale perspectieven op wortelgroei en morfogenese. Ann. Rev. Plantenfysiol. Plant Mol. Biol. 51, 289�. doi: 10.1146/annurev.arplant.51.1.289

Bates, E. (2015). Ionenkanalen in ontwikkeling en kanker. Ann. ds. cel. ontwikkelaar Biol. 31, 231�. doi: 10.1146/annurev-cellbio-100814-125338

Beagle, S.D., en Lockless, S.W. (2015). Microbiologie: elektrische signalering wordt bacterieel. Natuur 527, 44�. doi: 10.1038/natuur15641

Beane, W.S., Morokuma, J., Adams, D.S., en Levin, M. (2011). Een chemische genetische benadering onthult dat H, K-ATPase-gemedieerde membraanspanning vereist is voor planaire hoofdregeneratie. Chem. Biol. 18, 77�. doi: 10.1016/j.chembiol.2010.11.012

Becchetti, A., Pillozzi, S., Morini, R., Nesti, E., en Arcangeli, A. (2010). Nieuwe inzichten in de regulatie van ionkanalen door integrines. Int. ds. cel. Mol. Biol. 279, 135�. doi: 10.1016/S1937-6448(10)79005-5

Beekman, M., en Latty, T. (2015). Hersenloos maar meerkoppig: besluitvorming door de acellulaire slijmzwam Physarum polycephalum. J. Mol. Biol. 427, 3734�. doi: 10.1016/j.jmb.2015.07.007

Beloussov, L.V. (1997). Over het actieve geheugen in het ontwikkelen van systemen. Riv. Biol. 90, 31�.

Ben-Jacob, E. (2009). Leren van bacteriën over natuurlijke informatieverwerking. Ann. N.Y. Acad. Wetenschap. 1178, 78�. doi: 10.1111/j.1749-6632.2009.05022.x

Bernard, C. (1878). Lezingen over verschijnselen van het leven dat dieren en planten gemeen hebben. Parijs: Ballliere en zoon.

Bezanilla, F. (2002). Bewegingen van de spanningssensor. J. Gen. Physiol. 120, 465�. doi: 10.1085/jgp.20028660

Bezanilla, F. (2006). De actiepotentiaal: van spanningsafhankelijke conductanties tot moleculaire structuren. Biol. Onderzoek 39, 425�. doi: 10.4067/S0716-97602006000300005

Bezanilla, F. (2008). Hoe membraaneiwitten spanning voelen. nat. ds. Mol. Cel. Biol. 9, 323�. doi: 10.1038/nrm2376

Bharti, K., en Arnheiter, H. (2005). Wanneer pigmentcellen veranderen in neuronen. J. Investeren. Dermatol. 125, 10�. doi: 10.1111/j.0022-202X.2005.23876.x

Blackiston, D.J., Anderson, G.M., Rahman, N., Bieck, C., en Levin, M. (2015). Een nieuwe methode voor het induceren van zenuwgroei via modulatie van het rustpotentieel van de gastheer: gap junction-gemedieerde en serotonerge signaleringsmechanismen. Neurotherapeutica 12, 170�. doi: 10.1007/s13311-014-0317-7

Blackiston, D.J., Silva Casey, E., en Weiss, M.R. (2008). Behoud van geheugen door metamorfose: kan een mot zich herinneren wat hij als rups leerde? PLoS ONE 3:e1736. doi: 10.1371/journal.pone.0001736

Böx00F6hm, J., Scherzer, S., Krol, E., Kreuzer, I., von Meyer, K., Lorey, C., et al. (2016). De Flytrap van Venus Dionaea muscipula telt prooi-geïnduceerde actiepotentialen om natriumopname te induceren. Curr. Biol. 26, 286�. doi: 10.1016/j.cub.2015.11.057

Bose, J. (1926). Reactie in de Levende en de Niet-Levende. Londen: Longmans, Green & Co.

Brunet, T., en Arendt, D. (2016). Van schadereactie tot actiepotentialen: vroege evolutie van neurale en contractiele modules in stam-eukaryoten. Filos. Trans. R. Soc. Londen. B. Biol. Wetenschap. 371, 1685. doi: 10.1098/rstb.2015.043

Bruusgaard, J.C., Johansen, I.B., Egner, I.M., Rana, Z.A. en Gundersen, K. (2010). Myonuclei verworven door overbelastingsoefeningen gaan vooraf aan hypertrofie en gaan niet verloren bij detraining. Proc. nat. Acad. Wetenschap. VS. 107, 15111�. doi: 10.1073/pnas.0913935107

Burbach, C., Markus, K., Yin, Z., Schlicht, M., en Baluška, F. (2012). Fotofoob gedrag van maïswortels. Plant signaal. Gedraag je. 7, 876�. doi: 10.4161/psb.21012

Buznikov, G., Shmukler, Y., en Lauder, J. (1996). Van oöcyt tot neuron: werken neurotransmitters tijdens de ontwikkeling op dezelfde manier? Cel Mol. neurobiol. 16, 537�.doi: 10.1007/BF02152056

Buznikov, G.A., en Shmukler, Y.B. (1981). Mogelijke rol van 'prenerveuze' neurotransmitters in cellulaire interacties van vroege embryogenese: een hypothese. Neurochem. Onderzoek 6, 55�. doi: 10.1007/BF00963906

Calvo, P. (2016). De filosofie van plantenneurobiologie: een manifest. Synthese 193, 1323�. doi: 10.1007/s11229-016-1040-1

Calvo, P., en Baluška, F. (2015). Voorwaarden voor minimale intelligentie in eukaryota: een cognitief wetenschappelijk perspectief. Voorkant. Psychol. 6:1329. doi: 10.3389/fpsyg.2015.01329

Carlson, B.M. (1983). Positioneel geheugen bij de ontwikkeling en regeneratie van ledematen van gewervelde dieren. prog. clin. Biol. Onderzoek 110, 433�.

Carneiro, K., Donnet, C., Rejtar, T., Karger, B.L., Barisone, G.A., Diaz, E., et al. (2011). Histondeacetylase-activiteit is nodig voor links-rechts patroonvorming tijdens de ontwikkeling van gewervelde dieren. BMC-ontwikkelaar Biol. 11:29. doi: 10.1186/1471-213X-11-29

Carter, JH (2000). Het immuunsysteem als model voor patroonherkenning en classificatie. J. Ben. Med. Informeer. Assoc. 7, 28�. doi: 10.1136/jamia.2000.0070028

Caudron, F., en Barral, Y. (2013). Een superassemblage van Whi3 codeert voor het geheugen van bedrieglijke ontmoetingen door afzonderlijke cellen tijdens gistverkering. Cel 155, 1244�. doi: 10.1016/j.cell.2013.10.046

Cervera, J., Alcaraz, A., en Mafe, S. (2014). Membraanpotentiële bistabiliteit in niet-exciteerbare cellen zoals beschreven door binnenwaartse en buitenwaartse spanningsafhankelijke ionkanalen. J. Fys. Chem. B 118, 12444�. doi: 10.1021/jp508304h

Cervera, J., Manzanares, J.A., en Mafe, S. (2015). Elektrische koppeling in ensembles van niet-exciteerbare cellen: modellering van de ruimtelijke kaart van enkele celpotentialen. J. Fys. Chem. B 119, 2968�. doi: 10.1021/jp512900x

Chakravarthy, S.V., en Ghosh, J. (1997). Over Hebbian-achtige aanpassing in de hartspier: een voorstel voor �rdiac memory’. Biol. Cybern. 76, 207�. doi: 10.1007/s004220050333

Chang, H. Y., Chi, J. T., Dudoit, S., Bondre, C., van de Rijn, M., Botstein, D., et al. (2002). Diversiteit, topografische differentiatie en positioneel geheugen in menselijke fibroblasten. Proc. nat. Acad. Wetenschap. VS. 99, 12877�. doi: 10.1073/pnas.162488599

Chao, Z.C., Bakkum, D.J., en Potter, S.M. (2008). Vormgeven van belichaamde neurale netwerken voor adaptief doelgericht gedrag. PLoS-comp. Biol. 4:e1000042. doi: 10.1371/journal.pcbi.1000042

Chen, H., en hij, X. (2016). De convergente evolutie van kanker naar een enkele cellulaire bestemming. Mol. Biol. Evol. 33, 4�. doi: 10.1093/molbev/msv212

Chernet, B., en Levin, M. (2013). Endogene spanningspotentiaal en de micro-omgeving: bio-elektrische signalen die kanker onthullen, induceren en normaliseren. J. Clin. Exp. Oncol. suppl. 1, S1–S2.

Chernet, B.T., Fields, C., en Levin, M. (2015). Lange afstand gap junctional signalering regelt oncogen-gemedieerde tumorigenese in Xenopus laevis embryo's. Voorkant. Fysiol. 5:519. doi: 10.3389/fphys.2014.00519

Chernet, B.T., en Levin, M. (2013). Transmembraanspanningspotentiaal is een essentiële cellulaire parameter voor de detectie en controle van tumorontwikkeling in a Xenopus model. Dis. Mod. Mech. 6, 595�. doi: 10.1242/dmm.010835

Chernet, B.T., en Levin, M. (2014). Transmembraanspanningspotentiaal van somatische cellen regelt oncogen-gemedieerde tumorigenese op lange afstand. Oncotarget 5, 3287�. doi: 10.18632/oncotarget.1935

Clark, KB (2013). Ciliaten leren klassieke foutensyndromen te diagnosticeren en te corrigeren in paringsstrategieën. Voorkant. microbiologisch. 4:229. doi: 10.3389/fmicb.2013.00229

Cohen, I.R. (1992a). Het cognitieve paradigma en de immunologische homunculus. Immunol. Vandaag 13, 490�. doi: 10.1016/0167-5699(92)90024-2

Cohen, I.R. (1992b). Het cognitieve principe daagt klonale selectie uit. Immunol. Vandaag 13, 441�. doi: 10.1016/0167-5699(92)90071-E

Conrad, M. (1996). Cross-scale informatieverwerking in evolutie, ontwikkeling en intelligentie. BioSystems 38, 97�. doi: 10.1016/0303-2647(95)01579-5

Cooper, R.M., Wingreen, N.S., en Cox, E.C. (2012). Een prikkelbare cortex en geheugenmodel voorspelt met succes nieuwe pseudopod-dynamiek. PLoS ONE 7:e33528. doi: 10.1371/journal.pone.0033528

Corning, WC (1966). Behoud van een positiediscriminatie na regeneratie bij planarians. Psychol. Wetenschap. 5, 17�. doi: 10.3758/BF03328256

Corssen, G., en Skora, I.A. (1964). �iction” reacties in gekweekte menselijke cellen. JAMA 187, 328�. doi: 10.1001/jama.1964.03060180014003

Costello, B.D., Toth, R., Stone, C., Adamatzky, A., en Bull, L. (2009). Implementatie van zweefvliegtuigkanonnen in het lichtgevoelige Belousov-Zhabotinsky-medium. Fys. Rev. Stat. Nonlin Zacht. Materie Phys. 79 (Pt 2), 026114. doi: 10.1103/PhysRevE.79.026114

Couzin, ID (2009). Collectieve cognitie in diergroepen. Trends Cog. Wetenschap. 13, 36�. doi: 10.1016/j.tics.2008.10.002

Craddock, T.J., Tuszynski, J.A., en Hameroff, S. (2012). Cytoskelet-signalering: wordt geheugen gecodeerd in microtubuli-roosters door CaMKII-fosforylering? PLoS-comp. Biol. 8:e1002421. doi: 10.1371/journal.pcbi.1002421

Craddock, T.J., Tuszynski, J.A., Priel, A., en Freedman, H. (2010). Ionische geleiding van microtubuli en de implicaties ervan voor hogere cognitieve functies. J. Integr. neurosci. 9, 103�. doi: 10.1142/S0219635210002421

Dahal, G.R., Rawson, J., Gassaway, B., Kwok, B., Tong, Y., Ptacek, L.J., et al. (2012). Voor patroonvorming is een naar binnen rectificerend K+ kanaal vereist. Ontwikkeling 139, 3653�. doi: 10.1242/dev.078592

Dale, K., en echtgenoten, P. (2010). De evolutie van reactie-diffusiecontrollers voor minimaal cognitieve agenten. Artif. Leven 16, 1�. doi: 10.1162/artl.2009.16.1.16100

Daoudal, G., en Debanne, D. (2003). Langetermijnplasticiteit van intrinsieke prikkelbaarheid: leerregels en -mechanismen. Leren. Geheugen 10, 456�. doi: 10.1101/lm.64103

Darwin, C. (1880). De kracht van beweging in planten. Londen: John Murray.

De Luccia, T.P. (2012). Mimosa pudica, Dionaea muscipula en anesthetica. Plant signaal. Gedraag je. 7, 1163�. doi: 10.4161/psb.21000

DeMarse, T.B., en Dockendorf, K.P. (2005). Adaptieve vluchtcontrole met levende neuronale netwerken op micro-elektrode-arrays. Proc. IEEE Verkennen. IJCNN 3, 1548�.

Dingli, D., Chalub, F.A., Santos, F.C., Van Segbroeck, S., en Pacheco, J.M. (2009). Kankerfenotype als het resultaat van een evolutionair spel tussen normale en kwaadaardige cellen. Br. J. Kanker. 101, 1130�. doi: 10.1038/sj.bjc.6605288

Doursat, R., Sayama, H., en Michel, O. (2013). Een overzicht van morfogenetische engineering. nat. Berekenen. 12, 517�. doi: 10.1007/s11047-013-9398-1

Dranias, M.R., Ju, H., Rajaram, E., en Van Dongen, A.M. (2013). Kortetermijngeheugen in netwerken van gedissocieerde corticale neuronen. J. Neurosci. 33, 1940�. doi: 10.1523/JNEUROSCI.2718-12.2013

Eisenstein, E.M. (1967). “Het gebruik van ongewervelde systemen voor studies op basis van leren en geheugen,” in Het studieprogramma Neurowetenschappen'x2014A, eds G. C. Quarton, T. Melnechuk en F. U. Schmitt (New York, NY: Rockefeller University Press), 653�.

Fernando, C., Szathmary, E., en echtgenoten, P. (2012). Selectionistische en evolutionaire benaderingen van de hersenfunctie: een kritische beoordeling. Voorkant. Berekenen. neurosci. 6:24. doi: 10.3389/fncom.2012.00024

Filoni, S., Velloso, C.P., Bernardini, S., en Cannata, S.M. (1995). Verwerving van zenuwafhankelijkheid voor de vorming van een regeneratieblastema in geamputeerde achterpoten van larven Xenopus laevis: de rol van ledemaatinnervatie en die van ledemaatdifferentiatie. J. Exp. Zool. 273, 327�. doi: 10.1002/jez.1402730407

Forrest, MD (2014). De natrium-kaliumpomp is een informatieverwerkingselement in hersenberekening. Voorkant. Fysiol. 5:472. doi: 10.3389/fphys.2014.00472

Francis, N.J., en Kingston, R.E. (2001). Mechanismen van transcriptioneel geheugen. nat. ds. Mol. Cel. Biol. 2, 409�. doi: 10.1038/35073039

Freddolino, P.L., en Tavazoie, S. (2012). Voorbij homeostase: een voorspellend-dynamisch raamwerk voor het begrijpen van cellulair gedrag. Ann. ds. cel. ontwikkelaar Biol. 28, 363�. doi: 10.1146/annurev-cellbio-092910-154129

Friston, K. (2010). Het vrije-energieprincipe: een verenigde hersentheorie? nat. Rev. Neurosci. 11, 127�. doi: 10.1038/nrn2787

Friston, K., Levin, M., Sengupta, B., en Pezzulo, G. (2015). Je plaats kennen: een vrije-energiebenadering van patroonregulatie. J.R. Soc. Koppel 12. doi: 10.1098/rsif.2014.1383

Funk, R. (2013). Ionengradiënten in weefsel- en orgaanbiologie. Biol. Syst. 2:1000105.

Fuxe, K., Borroto-Escuela, D.O., Romero-Fernandez, W., Zhang, W.B., en Agnati, L.F. (2013). Volumetransmissie en zijn verschillende vormen in het centrale zenuwstelsel. Kin. J. Integr. Med. 19, 323�. doi: 10.1007/s11655-013-1455-1

Gagliano, M., Renton, M., Depczynski, M., en Mancuso, S. (2014). Ervaring leert planten om sneller te leren en langzamer te vergeten in omgevingen waar het ertoe doet. Oecologie 175, 63�. doi: 10.1007/s00442-013-2873-7

Gantt, WH (1974). Autokinese, schizokinese, centrokinese en verantwoordelijkheid van het orgaansysteem: concepten en definitie. Pavlov J. Biol. Wetenschap. 9, 187�.

Gantt, WH (1981). Orgaansysteemverantwoordelijkheid, schizokinese en autokinese in gedrag. Pavlov J. Biol. Wetenschap. 16, 64�.

Gantt, W.H., McGuigan, F.J., en Ban, T.A. (1987). Kritieke problemen in de psychologie, psychiatrie en fysiologie. Gedenkteken voor W. Horsley Gantt. New York, NY: Gordon en Breach Science Publishers.

Gelber, B. (1962). Aanwinst in Paramecium aurelia tijdens spaced training. Psychol. Aanbeveling 12, 165�.

Gentile, L., Cebria, F., en Bartscherer, K. (2011). De platworm: een in vivo model voor stamcelbiologie en regeneratie van het zenuwstelsel. Dis. Model. Mech. 4, 12�. doi: 10.1242/dmm.006692

Gierer, A., en Meinhardt, H. (1972). Een theorie van biologische patroonvorming. Kybernetik 12, 30�. doi: 10.1007/BF00289234

Goel, P., en Mehta, A. (2013). Leertheorieën onthullen verlies van pancreas elektrische connectiviteit bij diabetes als een adaptieve reactie. PLoS ONE 8:e70366. doi: 10.1371/journal.pone.0070366

Goldberger, J.J., en Kadish, A.H. (1999). Cardiaal geheugen. Pacing Clin. Elektrofysiol. 22, 1672�. doi: 10.1111/j.1540-8159.1999.tb00388.x

Goldman, S.A., Nedergaard, M., en Windrem, M.S. (2015). Modellering van cognitie en ziekte met behulp van menselijke gliale chimere muizen. Glia 63, 1483�. doi: 10.1002/glia.22862

Goldsworthy, A. (1983). De evolutie van actiepotentialen van planten. J. Theor. Biol. 103, 645�. doi: 10.1016/0022-5193(83)90287-4

Gremiaux, A., Yokawa, K., Mancuso, S., en Baluška, F. (2014). Plantanesthesie ondersteunt overeenkomsten tussen dieren en planten: de vergeten studies van claude Bernard. Plant signaal. Gedraag je. 9:e27886. doi: 10.4161/psb.27886

Grossberg, S. (1978). 𠇌ommunicatie, geheugen en ontwikkeling,” in Vooruitgang in theoretische biologie, eds R. Rosen en F. Snell (Amsterdam: Elsevier).

Gundersen, K. (2016). Spiergeheugen en een nieuw cellulair model voor spieratrofie en hypertrofie. J. Exp. Biol. 219, 235�. doi: 10.1242/jeb.124495

Gunji, Y. P., en Ono, R. (2012). Socialiteit van een agent tijdens morfogenetische kanalisatie: asynchrone updates met potentiële resonantie. BioSystems 109, 420�. doi: 10.1016/j.biosystems.2012.05.005

Gyurko, D.M., Veres, D.V., Modos, D., Lenti, K., Korcsmaros, T., en Csermely, P. (2013). Aanpassing en leren van moleculaire netwerken als beschrijving van kankerontwikkeling op systeemniveau: potentieel gebruik in antikankertherapieën. Semin. Kanker Biol. 23, 262�. doi: 10.1016/j.semcancer.2013.06.005

Hamann, T. (2015). Het mechanisme voor het instandhouden van de integriteit van de plantencelwand: een case study van een signaalnetwerk voor celwandplasmamembraan. fytochemie 112, 100�. doi: 10.1016/j.phytochem.2014.09.019

Hameroff, S.R., en Watt, R.C. (1982). Informatieverwerking in microtubuli. J. Theor. Biol. 98, 549�. doi: 10.1016/0022-5193(82)90137-0

Hamilton, T.C. (1975). “gedragsplasticiteit bij protozoën,” in Aneurale organismen in de neurobiologie, red. E.M. Eisenstein (New York: Plenum Press), 111'2013130.

Hartline, H.K., Wagner, H.G. en Ratliff, F. (1956). Remming in het oog van Limulus. J. Gen. Physiol. 39, 651�. doi: 10.1085/jgp.39.5.651

Hedrich, R., Salvador-Recatalà, V., en Dreyer, I. (2016). Elektrische bedrading en installatiecommunicatie over lange afstand. Trends Plantenwetenschap 21, 376�. doi: 10.1016/j.tplants.2016.01.016

Helliker, B.R., en Richter, S.L. (2008). Subtropische tot boreale convergentie van boombladtemperaturen. Natuur 454, 511�. doi: 10.1038/natuur07031

Hernandez-Diaz, S., en Levin, M. (2014). Verandering van bio-elektrisch gecontroleerde processen in het embryo: een teratogeen mechanisme voor anticonvulsiva. Weergeven. Toxicol. 47, 111�. doi: 10.1016/j.reprotox.2014.04.008

Hetherington, A.M., en Woodward, F.I. (2003). De rol van huidmondjes bij het detecteren en stimuleren van veranderingen in het milieu. Natuur 424, 901�. doi: 10.1038/natuur01843

Higgins, M.L., Stadnicki, S.S., Shaw, T.J., en Leach, F.R. (1978). Effecten van verslavende en niet-verslavende medicijnen op HeLa-cellen. Tex. Rep. Biol. Med. 36, 95�.

Hille, B. (2001). Ionenkanalen van prikkelbare membranen. Sunderland, MA: Sinauer Associates Inc.

Ho, M.-L., Tsai, T.N., Chang, J.K., Shao, T.S., Jeng, Y.R., en Hsu, C. (2005). Neerwaartse regulatie van N-methyl D-aspartaatreceptor bij door ratten gemodelleerde osteopenie in onbruik. osteopaat. Int. 16, 1780�. doi: 10.1007/s00198-005-1928-y

Holcombe, M., en Paton, R. (1998). Informatieverwerking in cellen en weefsels. New York, NY: Plenum Press.

Huang, S., Eichler, G., Bar-Yam, Y., en Ingber, D.E. (2005). Het lot van cellen als hoogdimensionale attractortoestanden van een complex genregulerend netwerk. Fys. ds. Lett. 94:128701. doi: 10.1103/PhysRevLett.94.128701

Humphrey, T.V., Bonetta, D.T., en Goring, D.R. (2007). Schildwachten aan de wand: celwandreceptoren en sensoren. Nieuwe fytol. 176, 7�. doi: 10.1111/j.1469-8137.2007.02192.x

Ingber, D.E., en Levin, M. (2007). Wat ligt op het snijvlak van regeneratieve geneeskunde en ontwikkelingsbiologie? Ontwikkeling 134, 2541�. doi: 10.1242/dev.003707

Iovine, M.K., Higgins, E.P., Hindes, A., Coblitz, B., en Johnson, S.L. (2005). Mutaties in connexin43 (GJA1) verstoren de botgroei in zebravisvinnen. ontwikkelaar Biol. 278, 208�. doi: 10.1016/j.ydbio.2004.11.005

Jaffe, L.F. (1977). Elektroforese langs celmembranen. Natuur 265, 600�. doi: 10.1038/265600a0

Jaffe, L.F. (1981). De rol van ionenstromen bij het vaststellen van een ontwikkelingspatroon. Filos. Trans. R. Soc. Londen. B 295, 553�. doi: 10.1098/rstb.1981.0160

James, L.J., en Soffe, S.R. (2011). Huidimpuls-excitatie van spinale sensorische neuronen in ontwikkeling Xenopus laevis (Daudin) kikkervisjes. J. Exp. Biol. 214, 3341�. doi: 10.1242/jeb.058446

Johnston, R.N., Pai, S.B., en Pai, R.B. (1992). De oorsprong van de kankercel: oncogenie keert fylogenie om. Biochem. Cel Biol. 70, 831�. doi: 10.1139/o92-130

Karban, R., Wetzel, W.C., Shiojiri, K., Ishizaki, S., Ramirez, S.R., en Blande, J.D. (2014a). De taal van plantencommunicatie ontcijferen: vluchtige chemotypes van alsem. Nieuwe fytol. 204, 380�. doi: 10.1111/nph.12887

Karban, R., Yang, L.H. en Edwards, K.F. (2014b). Vluchtige communicatie tussen planten die herbivorie beïnvloedt: een meta-analyse. Ecol. Let. 17, 44�. doi: 10.1111/ele.12205

Kawamoto, S., Yoshida-Noro, C., en Tochinai, S. (2005). Bipolaire hoofdregeneratie geïnduceerd door kunstmatige amputatie in Enchytraeus japonensis (Annelida, Oligochaeta). J. Exp. dierentuin. Een comp. Exp. Biol. 303, 615�. doi: 10.1002/jez.a.205

Keijzer, F., van Duijn, M., en Lyon, P. (2013). Wat zenuwstelsels doen: vroege evolutie, input-output en het proefschrift van de huid-hersenen. Aanpassen. Gedraag je. 21, 67�. doi: 10.1177/1059712312465330

Khan, S.M., Ali, R., Asi, N., en Molloy, J.E. (2012). Actieve actinegels. gemeenschappelijk. Integreren. Biol. 5, 39�. doi: 10.4161/cib.18286

Koch, C., en Segev, I. (2000). De rol van enkele neuronen bij informatieverwerking. nat. neurosci. 3, 1171�. doi: 10.1038/81444

Kondo, S. (2002). Het reactie-diffusiesysteem: een mechanisme voor autonome patroonvorming in de dierenhuid. Genen Cellen 7, 535�. doi: 10.1046/j.1365-2443.2002.00543.x

Kondo, S., en Miura, T. (2010). Reactie-diffusiemodel als raamwerk voor het begrijpen van biologische patroonvorming. Wetenschap 329, 1616�. doi: 10.1126/wetenschap.1179047

Koo, H., en Graziadei, P.P. (1995). Oog primordium transplantatie in Xenopus-embryo. Anat. embryo. 191, 155�. doi: 10.1007/BF00186787

Koshland, D.E. Jr. (1980). Bacteriële chemotaxis in relatie tot neurobiologie. Ann. Rev. Neurosci. 3, 43�. doi: 10.1146/annurev.ne.03.030180.00355

Kragl, M., Knapp, D., Nacu, E., Khattak, S., Maden, M., Epperlein, H.H., et al. (2009). Cellen behouden een herinnering aan hun weefseloorsprong tijdens regeneratie van axolotl-ledemaat. Natuur 460, 60�. doi: 10.1038/natuur08152

Kumar, A., en Brockes, J.P. (2012). Zenuwafhankelijkheid in weefsel-, orgaan- en aanhangselregeneratie. Trends Neurosci. 35, 691�. doi: 10.1016/j.tins.2012.08.003

Kunita, I., Kuroda, S., Ohki, K., en Nakagaki, T. (2014). Pogingen om zich terug te trekken uit een doodlopende lange capillair door achteruit naar binnen te zwemmen Paramecium. Voorkant. microbiologisch. 5:270. doi: 10.3389/fmicb.2014.00270

Lahoz-Beltra, R., Hameroff, S.R. en Dayhoff, J.E. (1993). Cytoskeletlogica: een model voor moleculaire berekening via Booleaanse bewerkingen in microtubuli en met microtubuli geassocieerde eiwitten. Biosystemen 29, 1�. doi: 10.1016/0303-2647(93)90078-Q

Law, R., en Levin, M. (2015). Bio-elektrisch geheugen: modellering van rustpotentiële bistabiliteit in amfibie-embryo's en zoogdiercellen. Theor. Biol. Med. Model. 12:22. doi: 10.1186/s12976-015-0019-9

Leppik, L.P., Froemel, D., Slavici, A., Ovadia, Z.N., Hudak, L., Henrich, D., et al. (2015). Effecten van elektrische stimulatie op de regeneratie van ledematen van ratten, een nieuwe kijk op een oud model. Wetenschap. vertegenwoordiger 5:18353. doi: 10.1038/srep18353

Levin, M. (2007a). Gap junctionele communicatie in morfogenese. prog. Biofysica. Mol. Biol. 94, 186�. doi: 10.1016/j.pbiomolbio.2007.03.005

Levin, M. (2007b). Grootschalige biofysica: ionenstromen en regeneratie. Trends Cell Biol. 17, 262�. doi: 10.1016/j.tcb.2007.04.007

Levin, M. (2011). De wijsheid van het lichaam: toekomstige technieken en benaderingen van morfogenetische velden in regeneratieve geneeskunde, ontwikkelingsbiologie en kanker. Reg. Med. 6, 667�. doi: 10.2217/rme.11.69

Levin, M. (2012a). Moleculaire bio-elektriciteit in ontwikkelingsbiologie: nieuwe hulpmiddelen en recente ontdekkingen: controle van celgedrag en patroonvorming door transmembraanpotentiaalgradiënten. Bio-essays 34, 205�. doi: 10.1002/bies.201100136

Levin, M. (2012b). Morfogenetische velden in embryogenese, regeneratie en kanker: niet-lokale controle van complexe patronen. Biosystemen 109, 243�. doi: 10.1016/j.biosystems.2012.04.005

Levin, M. (2013). Herprogrammering van cellen en weefselpatronen via bio-elektrische paden: moleculaire mechanismen en biomedische kansen. Syst. Biol. Med. 5, 657�. doi: 10.1002/wsbm.1236

Levin, M. (2014a). Endogene bio-elektrische netwerken slaan niet-genetische patrooninformatie op tijdens ontwikkeling en regeneratie. J. Fysiol. 592, 2295�. doi: 10.1113/jphysiol.2014.271940

Levin, M. (2014b). Moleculaire bio-elektriciteit: hoe endogene spanningspotentialen het celgedrag regelen en patroonregulatie in vivo instrueren. Mol. Biol. Cel 25, 3835�. doi: 10.1091/mbc.E13-12-0708

Levin, M. (2014c). Transmembraanspanningspotentiaal van somatische cellen regelt oncogen-gemedieerde tumorigenese op lange afstand. Oncotarget 5, 3287�. doi: 10.18632/oncotarget.1935

Levin, M., Buznikov, G.A., en Lauder, J.M. (2006). Van geesten en embryo's: links-rechts asymmetrie en de serotonerge controles van pre-neurale morfogenese. ontwikkelaar neurosci. 28, 171�. doi: 10.1159/000091915

Levin, M., en Mercola, M. (1998). Gap junctions zijn betrokken bij de vroege generatie van links-rechts asymmetrie. ontwikkelaar Biol. 203, 90�. doi: 10.1006/dbio.1998.9024

Levin, M., en Stevenson, C.G. (2012). Regulering van celgedrag en weefselpatronen door bio-elektrische signalen: uitdagingen en kansen voor biomedische technologie. Ann. ds. Biomed. Ing. 14, 295�. doi: 10.1146/annurev-bioeng-071811-150114

Levin, M., Thorlin, T., Robinson, K.R., Nogi, T., en Mercola, M. (2002). Asymmetrieën in H+/K+-ATPase en celmembraanpotentialen vormen een zeer vroege stap in links-rechts patroonvorming. Cel 111, 77�. doi: 10.1016/S0092-8674(02)00939-X

Ling, H., Samarasinghe, S., en Kulasiri, D. (2013). Nieuw terugkerend neuraal netwerk voor het modelleren van biologische netwerken: oscillerende p53-interactiedynamiek. Biosystemen 114, 191�. doi: 10.1016/j.biosystems.2013.08.004

Liu, X., Ramirez, S., en Tonegawa, S. (2014). Begin van een valse herinnering door optogenetische manipulatie van een hippocampus geheugen-engram. Filos. Trans. R. Soc. Londen. B Biol. Wetenschap. 369, 20130142. doi: 10.1098/rstb.2013.0142

Lobo, D., Solano, M., Bubenik, G.A., en Levin, M. (2014). Een lineair coderend model verklaart de variabiliteit van de doelmorfologie bij regeneratie. J.R. Soc. Interf. 11:20130918. doi: 10.1098/rsif.2013.0918

Lorber, J. (1978). Is je brein echt nodig. Boog. Dis. Kind. 53, 834�.

Lorber, J. (1981). Zijn je hersenen echt nodig? verpleegsters. Spiegel 152, 29�.

Lyon, P. (2015). De cognitieve cel: bacterieel gedrag heroverwogen. Voorkant. microbiologisch. 6:264. doi: 10.3389/fmicb.2015.0264

Mackie, G.O. (1970). Neuroid geleiding en de evolutie van geleidende weefsels. kwart. ds. Biol. 45, 319�. doi: 10.1086/406645

Manner, G., Foldes, F.F., Kuleba, M., en Deery, A.M. (1974). Morfinetolerantie in een menselijke neuroblastoomlijn: veranderingen in choline-acetylase- en cholinesterase-activiteiten. Ervaringen 30, 137�. doi: 10.1007/BF01927692

Marder, E., Abbott, L.F., Turrigiano, G.G., Liu, Z., en Golowasch, J. (1996). Geheugen uit de dynamiek van intrinsieke membraanstromen. Proc. nat. Acad. Wetenschap. VS. 93, 13481�. doi: 10.1073/pnas.93.24.13481

Masi, E., Ciszak, M., Stefano, G., Renna, L., Azzarello, E., Pandolfi, C., et al. (2009). Spatiotemporele dynamiek van de elektrische netwerkactiviteit in de wortelapex. Proc. nat. Acad. Wetenschap. VS. 106, 4048�. doi: 10.1073/pnas.0804640106

Maurange, C., en Paro, R. (2002). Een cellulaire geheugenmodule brengt epigenetische overerving van hedgehog-expressie over tijdens Drosophila vleugel imaginaire schijf ontwikkeling. Genen Dev. 16, 2672�. doi: 10.1101/gad.242702

McCaig, C.D., Rajnicek, A.M., Song, B., en Zhao, M. (2005). Elektrisch celgedrag sturen: huidige inzichten en toekomstig potentieel. Fysiol. ds. 85, 943�. doi: 10.1152/physrev.00020.2004

McClean, M.N., Mody, A., Broach, J.R., en Ramanathan, S. (2007). Overspraak en besluitvorming in MAP-kinase-routes. nat. Genet. 39, 409�. doi: 10.1038/ng0407-567b

McConnell, J.V., Jacobson, A.L., en Kimble, D.P. (1959). De effecten van regeneratie op het behoud van een geconditioneerde respons in de planarian. J. Comp. Fysiol. Psychol. 52, 1𠄵. doi: 10.1037/h0048028

McCulloch, W.S. (1951). “Waarom de geest in het hoofd zit?,” in Cerebrale mechanismen in gedrag: het Hixon-symposium, red. L.A. Jeffress (New York: John Wiley & Sons), 42�.

McCusker, C.D., en Gardiner, D.M. (2014). Inzicht in positionele aanwijzingen bij regeneratie van salamanderledemaat: implicaties voor het optimaliseren van celgebaseerde regeneratieve therapieën. Dis. Mod. Mech. 7, 593�. doi: 10.1242/dmm.013359

McEvoy, JW (2009). Evolutionaire speltheorie: lessen en beperkingen, een kankerperspectief. Br. J. Kanker 101, 2060�. doi: 10.1038/sj.bjc.6605444

McGregor, S., Vasas, V., Echtgenoten, P., en Fernando, C. (2012). Evolutie van associatief leren in chemische netwerken. PLoS-comp. Biol. 8:e1002739. doi: 10.1371/journal.pcbi.1002739

Miller, J.B., en Koshland, D.E. Jr. (1977). Sensorische elektrofysiologie van bacteriën: relatie van het membraanpotentieel tot motiliteit en chemotaxis in Bacillus subtilis. Proc. nat. Acad. Wetenschap. VS. 74, 4752�. doi: 10.1073/pnas.74.11.4752

Milne, A., en Beamish, T. (1999). Inhalatie- en lokale anesthetica verminderen tactiele en thermische reacties in Mimosa pudica. Kan. J. Anaesth. 46, 287�. doi: 10.1007/BF03012612

Mondia, J.P., Levin, M., Omenetto, F.G., Orendorff, R.D., Branch, M.R., en Adams, D.S. (2011). Lange-afstandssignalen zijn vereist voor morfogenese van de regenererende Xenopus kikkervisjesstaart, zoals blijkt uit femtosecond-laser ablatie. PLoS ONE 6:e24953. doi: 10.1371/journal.pone.0024953

Moreno-Risueno, M.A., en Benfey, P.N. (2011). Op tijd gebaseerde patronen in ontwikkeling: de rol van oscillerende genexpressie. Transcriptie 2, 124�. doi: 10.4161/trns.2.3.15637

Moreno-Risueno, M.A., Van Norman, J.M., Moreno, A., Zhang, J., Ahnert, S.E., en Benfey, P.N. (2010). Oscillerende genexpressie bepaalt de competentie voor periodieke Arabidopsis wortel vertakking. Wetenschap 329, 1306�. doi: 10.1126/wetenschap.1191937

Moroz, L.L., en Kohn, A.B. (2016). Onafhankelijke oorsprong van neuronen en synapsen: inzichten van ctenophores. Filos. Trans. R. Soc. Londen. B Biol. Wetenschap. 371:20150041. doi: 10.1098/rstb.2015.041

Mosterd, J., en Levin, M. (2014). Bio-elektrische mechanismen voor het programmeren van groei en vorm: het temmen van fysiologische netwerken voor robotica met zachte lichamen. Zachte robotica 1, 169�. doi: 10.1089/soro.2014.0011

Nahm, M., Greyson, B., Kelly, E.W., en Haraldsson, E. (2012). Terminal luciditeit: een overzicht en een casusverzameling. Boog. Gerontol. Geriatr. 55, 138�. doi: 10.1016/j.archger.2011.06.031

Nakagaki, T., Kobayashi, R., Nishiura, Y., en Ueda, T. (2004). Meerdere afzonderlijke voedselbronnen verkrijgen: gedragsintelligentie in de Physarum plasmodium. Proc. Biol. Wetenschap. R. Soc. 271, 2305�. doi: 10.1098/rspb.2004.2856

Nelsen, E.M., Frankel, J., en Jenkins, L.M. (1989). Niet-genetische overerving van cellulaire handigheid. Ontwikkeling 105, 447�.

Newman, S.A., en Bhat, R. (2009). Dynamische patroonmodules: een 'patroontaal' voor de ontwikkeling en evolutie van meercellige vormen. Int. J. Dev. Biol. 53, 693�. doi: 10.1387/ijdb.072481sn

Nicolas, C., Abramson, C., en Levin, M. (2008). 𠇊nalyse van gedrag in het planarisch model,” in Planaria: een model voor drugsactie en -misbruik, eds. R. Raffa en S. Rawls (Austin: RG Landes Co), 83�.

Nishimoto, S., Vu, A.T., Naselaris, T., Benjamini, Y., Yu, B., en Gallant, J.L. (2011). Reconstructie van visuele ervaringen uit hersenactiviteit opgeroepen door natuurlijke films. Curr. Biol. 21, 1641�. doi: 10.1016/j.cub.2011.08.031

Nogi, T., en Levin, M. (2005). Karakterisering van innexine-genexpressie en functionele rollen van gap-junctionele communicatie bij planaire regeneratie. ontwikkelaar Biol. 287, 314�. doi: 10.1016/j.ydbio.2005.09.002

Norris, V., Zemirline, A., Amar, P., Audinot, J.N., Ballet, P., Ben-Jacob, E., et al. (2011). Computing met bacteriebestanddelen, cellen en populaties: van bioputing tot bactoputing. Theor. Biosc. 130, 211�. doi: 10.1007/s12064-010-0118-4

Nuccitelli, R. (2003). Een rol voor endogene elektrische velden bij wondgenezing. Curr. Bovenkant. ontwikkelaar Biol. 58, 1�. doi: 10.1016/S0070-2153(03)58001-2

Nunes-Alves, C. (2015). Biofilms: elektriserende langeafstandssignalering. nat. Rev. Microbiol. 13:737. doi: 10.1038/nrmicro3588

Oberheim, N.A., Takano, T., Han, X., He, W., Lin, J.H., Wang, F., et al. (2009). Unieke hominide kenmerken van volwassen menselijke astrocyten. J. Neurosci. 29, 3276�. doi: 10.1523/JNEUROSCI.4707-08.2009

Otani, N.F., en Gilmour, R.F. Jr. (1997). Geheugenmodellen voor de elektrische eigenschappen van lokale hartsystemen. J. Theor. Biol. 187, 409�. doi: 10.1006/jtbi.1997.0447

Oviedo, N.J., Morokuma, J., Walentek, P., Kema, I.P., Gu, M.B., Ahn, J.M., et al. (2010). Lange-afstands neurale en gap junction eiwit-gemedieerde signalen regelen de polariteit tijdens planaire regeneratie. ontwikkelaar Biol. 339, 188�. doi: 10.1016/j.ydbio.2009.12.012

Pagé1n, O.R. (2014). The First Brain: The Neuroscience of Planarians. New York: Oxford University Press.

Pai, V.P., Aw, S., Shomrat, T., Lemire, J.M., en Levin, M. (2012). Transmembraan spanningspotentiaal regelt embryonale oogpatronen in Xenopus laevis. Ontwikkeling 139, 313�. doi: 10.1242/dev.073759

Pai, V.P., Lemire, J.M., Pare, J.F., Lin, G., Chen, Y., en Levin, M. (2015a). Endogene gradiënten van rustpotentieel vormen een instructief patroon van embryonaal neuraal weefsel via Notch-signalering en regulering van proliferatie. J. Neurosci. 35, 4366�. doi: 10.1523/JNEUROSCI.1877-14.2015

Pai, V.P., Martyniuk, C.J., Echeverri, K., Sundelacruz, S., Kaplan, D.L., en Levin, M. (2015b). Genoombrede analyse onthult geconserveerde transcriptionele responsen stroomafwaarts van rustpotentiaalverandering in Xenopus-embryo's, axolotl-regeneratie en differentiatie van menselijke mesenchymale cellen. regeneratie 3, 3�. doi: 10.1002/reg2.48

Palacios-Prado, N., en Bukauskas, F.F. (2009). Heterotypische gap junction-kanalen als spanningsgevoelige kleppen voor intercellulaire signalering. Proc. nat. Acad. Wetenschap. VS. 106, 14855�. doi: 10.1073/pnas.0901923106

Pawlowski, A. (1970). [De rol van zenuwelementen van de huid in het verloop van experimentele carcinogenese en van basaalcelepithelioom en plaveiselcelcarcinoom bij de mens]. Neuropatol. Pol. 8, 205�.

Pawlowski, A., en Weddell, G. (1967). Inductie van tumoren in gedenerveerde huid. Natuur 213, 1234�. doi: 10.1038/2131234a0

Peak, D., West, J.D., Messinger, S.M., en Mott, K.A. (2004). Bewijs voor complexe, collectieve dynamiek en opkomende, gedistribueerde berekeningen in planten. Proc. nat. Acad. Wetenschap. VS. 101, 918�. doi: 10.1073/pnas.0307811100

Perathoner, S., Daane, J.M., Henrion, U., Seebohm, G., Higdon, C.W., Johnson, S.L., et al. (2014). Bio-elektrische signalering regelt de grootte van de vinnen van zebravissen. PLoS Genet. 10:e1004080. doi: 10.1371/journal.pgen.1004080

Pereda, A.E., Curti, S., Hoge, G., Cachope, R., Flores, C.E., en Rash, J.E. (2013). Gap junction-gemedieerde elektrische transmissie: regulerende mechanismen en plasticiteit. Biochim. Biofysica. Acta 1828, 134�. doi: 10.1016/j.bbamem.2012.05.026

Perouansky, M. (2012). De zoektocht naar een uniform model van anesthetische actie. Een eeuw in de schaduw van Claude Bernard. anesthesiologie 117, 465�. doi: 10.1097/ALN.0b013e318264492e

Pezzulo, G., en Levin, M. (2015). Het lichaam herinneren: toepassingen van computationele neurowetenschap voor de top-down controle van de regeneratie van ledematen en andere complexe organen. Integreren. Biol. (Kamb.) 7, 1487�. doi: 10.1039/c5ib00221d

Pietsch, P., en Schneider, C.W. (1969). Hersentransplantatie bij salamanders - een benadering van geheugenoverdracht. Hersenonderzoek. 14, 707�. doi: 10.1016/0006-8993(69)90210-8

Pimashkin, A., Gladkov, A., Mukhina, I., en Kazantsev, V. (2013). Adaptieve verbetering van het leerprotocol in hippocampus gekweekte netwerken die zijn gekweekt op multi-elektrode-arrays. Voorkant. neuraal. Circa. 7:87. doi: 10.3389/fncir.2013.00087

Pincebourde, S., en Woods, HA (2012). Klimaatonzekerheid op bladoppervlakken: de biofysica van bladmicroklimaten en hun gevolgen voor bladbewonende organismen. Functie Ecol. 26, 844�. doi: 10.1111/j.1365-2435.2012.02013.x

Prindle, A., Liu, J., Asally, M., Ly, S., Garcia-Ojalvo, J., en Suel, G. M. (2015). Ionenkanalen maken elektrische communicatie mogelijk in bacteriële gemeenschappen. Natuur 527, 59�. doi: 10.1038/natuur15709

Pruszynski, J.A., en Johansson, R.S. (2014). Randoriëntatieverwerking in tactiele neuronen van de eerste orde. nat. neurosci. 17, 1404�. doi: 10.1038/nn.3804

Pullar, CE (2011). De fysiologie van bio-elektriciteit in ontwikkeling, weefselregeneratie en kanker. Boca Raton, FL: CRC Press.

Ramanathan, S., en Broach, J.R. (2007). Denken cellen? Cel. Mol. Levenswetenschap. 64, 1801�. doi: 10.1007/s00018-007-7001-6

Ramirez, S., Liu, X., Lin, P.A., Suh, J., Pignatelli, M., Redondo, R.L., et al. (2013). Een valse herinnering creëren in de hippocampus. Wetenschap 341, 387�. doi: 10.1126/wetenschap.1239073

Raspopovic, J., Marcon, L., Russo, L., en Sharpe, J. (2014). Modelleren van cijfers. Cijferpatronen worden bestuurd door een Bmp-Sox9-Wnt Turing-netwerk gemoduleerd door morfogeengradiënten. Wetenschap 345, 566�. doi: 10.1126/wetenschap.1252960

Rasskin-Gutman, D., en Izpisua-Belmonte, J.C. (2004). Theoretische morfologie van ontwikkelingsasymmetrieën. Bio-essays 26, 405�. doi: 10.1002/bies.10410

Reddien, P.W., en Sánchez Alvarado, A. (2004). Grondbeginselen van planaire regeneratie. Ann. ds. Cell Dev. Biol. 20, 725�. doi: 10.1146/annurev.cellbio.20.010403.095114

Ricci, A., Micini, A., Viroli, M., Gardelli, L., en Oliva, E. (2007). 𠇌ognitieve stigmergie: naar een raamwerk gebaseerd op agenten en artefacten,” in E4MAS, eds D. Weyns, H.V.D. Parunak en F. Michel (Berlijn: Springer-Verlag), 124�.

Ringrose, L., en Paro, R. (2004). Epigenetische regulatie van cellulair geheugen door de Polycomb en Trithorax-groep eiwitten. Ann. Rev. Genet. 38, 413�. doi: 10.1146/annurev.genet.38.072902.091907

Rinn, J.L., Bondre, C., Gladstone, H.B., Brown, P.O., en Chang, H.Y. (2006). Anatomische afbakening door positionele variatie in fibroblast-genexpressieprogramma's. PLoS Genet. 2:e119. doi: 10.1371/journal.pgen.0020119

Roberts, A., en Stirling, C.A. (1971). Eigenschappen en voortplanting van een hartachtige impuls in de huid van jonge kikkervisjes. Zeitschr. Vergl. Fysiol. 71, 295�. doi: 10.1007/BF00298141

Rosen, M., en Plotnikov, A. (2002). De farmacologie van het hartgeheugen. Pharmacol. daar. 94, 63�. doi: 10.1016/S0163-7258(02)00172-9

Rosen, M.R., en Cohen, I.S. (2006). Cardiaal geheugen. nieuwe inzichten in moleculaire mechanismen. J. Fysiol. 570, 209�. doi: 10.1113/jphysiol.2005.097873

Rosen, R. (1968). Turing's morfogenen, tweefactorsystemen en actief transport. Stier. Wiskunde. Biofysica. 30, 493�. doi: 10.1007/BF02476609

Rosenblueth, A., Wiener, N., en Bigelow, J. (1943). Gedrag, doel en teleologie. Filos. Wetenschap. 10, 18�. doi: 10.1086/286788

Sachidhanandam, S., Sreenivasan, V., Kyriakatos, A., Kremer, Y., en Petersen, CC (2013). Membraanpotentiële correlaten van zintuiglijke waarneming in de cortex van de muisvat. nat. neurosci. 16, 1671�. doi: 10.1038/nn.3532

Sahu, S., Ghosh, S., Hirata, K., Fujita, D., en Bandyopadhyay, A. (2013). Geheugenveranderende eigenschappen op meerdere niveaus van een enkele hersenmicrotubule. Toepasselijk Fys. Let. 102:123701. doi: 10.1063/1.4793995

Saigusa, T., Tero, A., Nakagaki, T., en Kuramoto, Y. (2008). Amoeben anticiperen op periodieke gebeurtenissen. Fys. ds. Lett. 100:018101. doi: 10.1103/PhysRevLett.100.018101

Sakiyama, T., en Gunji, Y. P. (2016). De Kanizsa-driehoeksillusie bij foeragerende mieren. Biosystemen 14, 9�. doi: 10.1016/j.biosystems.2016.02.003

Sanchez Alvarado, A., en Tsonis, P.A. (2006). De regeneratiekloof overbruggen: genetische inzichten uit verschillende diermodellen. nat. Rev. Genet. 7, 873�. doi: 10.1038/nrg1923

Sarnat, H.B., en Netsky, M.G. (1985). Het brein van de planariër als de voorouder van het menselijk brein. Kan. J. Neurol. Wetenschap. 12, 296�.

Scarle, S. (2009). Implicaties van de Turing-volledigheid van reactie-diffusiemodellen, geïnformeerd door GPGPU-simulaties op een XBox 360: hartritmestoornissen, re-entry en het halting-probleem. Berekenen. Biol. Chem. 33, 253�.

Schumann, A., en Adamatzky, A. (2009). Op weg naar semantisch model van reactie-diffusie computing. Kybernetes 38, 1518�. doi: 10.1108/03684920910991504

Schummers, J., Yu, H., en Sur, M. (2008). Afgestemde reacties van astrocyten en hun invloed op hemodynamische signalen in de visuele cortex. Wetenschap 320, 1638�. doi: 10.1126/wetenschap.1156120

Scialdone, A., Mugford, S.T., Feike, D., Skeffington, A., Borrill, P., Graf, A., et al. (2013). Arabidopsis planten voeren rekenkundige delingen uit om hongersnood 's nachts te voorkomen. eLife 2:e00669. doi: 10.7554/eLife.00669

Seifert, G.J., en Blaukopf, C. (2010). Prikkelbare muren: de extracellulaire matrix van de plant en signalering. Planten Fysiol. 153, 467�. doi: 10.1104/pp.110.153940

Semon, R.W., en Simon, L. (1921). De MNEME. Londen: het bedrijf Macmillan.

Shapiro, JA (1998). Denken aan bacteriële populaties als meercellige organismen. Ann. Rev. Microbiol. 52, 81�. doi: 10.1146/annurev.micro.52.1.81

Sheiman, I.M., en Tiras, K.L. (1996). “Mgeheugen en morfogenese in planaria en kever,” in Russische bijdragen aan het gedrag van ongewervelde dieren, eds. C. I. Abramson, Z. P. Shuranova en Y. M. Burmistrov (Westport, CT: Praeger), 43�.

Shepherd, VA (2005). Van halfgeleiders tot de ritmes van gevoelige planten: het onderzoek van J.C. Bose. Cel. Mol. Biol. 51, 607�.

Shomrat, T., en Levin, M. (2013). Een geautomatiseerd trainingsparadigma onthult het langetermijngeheugen bij planariërs en de persistentie ervan door hoofdregeneratie. J. Exp. Biol. 216, 3799�. doi: 10.1242/jeb.087809

Zanger, M. (1952). De invloed van de zenuw bij de regeneratie van het amfibie-uiteinde. Q. Rev. Biol. 27, 169�. doi: 10.1086/398873

Slack, JM (1980). Een seriële drempeltheorie van regeneratie. J. Theor. Biol. 82, 105�. doi: 10.1016/0022-5193(80)90092-2

Smythies, J. (2015). Over de mogelijke rol van eiwittrillingen bij informatieverwerking in de hersenen: drie Russische poppen. Voorkant. Mol. neurosci. 8:38. doi: 10.3389/fnmol.2015.00038

Solars, S.I., Smith, P.C., en Hill, D.L. (2002). Tijdsverloop van morfologische veranderingen van fungiforme papillen en smaakpapillen na transsectie van chorda tympani bij neonatale ratten. J. Neurobiol. 51, 223�. doi: 10.1002/neu.10055

Spencer, G.J., en Genever, P.G. (2003). Langdurige potentiëring in botten een rol voor glutamaat in door spanning geïnduceerd cellulair geheugen? BMC Cell Biol. 4:9. doi: 10.1186/1471-2121-4-9

Stewart, S., Rojas-Munoz, A., en Izpisua Belmonte, J.C. (2007). Bio-elektriciteit en epimorfe regeneratie. Bio-essays 29, 1133�. doi: 10.1002/bies.20656

Stone, JR (1997). De geest van D𠆚rcy Thompson woont in de empirische morforuimte. Wiskunde. Biosc. 142, 13�. doi: 10.1016/S0025-5564(96)00186-1

Sukhov, V., Nerush, V., Orlova, L., en Vodeneev, V. (2011). Simulatie van actiepotentiaalvoortplanting in planten. J. Theor. Biol. 291C, 47�. doi: 10.1016/j.jtbi.2011.09.019

Sundelacruz, S., Levin, M., en Kaplan, D.L. (2009). De rol van membraanpotentiaal bij de regulatie van celproliferatie en differentiatie. Stamcel Rev. Rep. 5, 231�. doi: 10.1007/s12015-009-9080-2

Tagkopoulos, I., Liu, Y.C., en Tavazoie, S. (2008). Voorspellend gedrag binnen microbiële genetische netwerken. Wetenschap 320, 1313�. doi: 10.1126/wetenschap.1154456

Taiz, L. (2010). Plantenfysiologie, 5e druk. Sunderland, MA: Sinauer Associates Inc.

Takeda, M., Suzuki, Y., Obara, N., en Nagai, Y. (1996). Apoptose in de smaakpapillen van muizen na denervatie. Celweefselonderzoek. 286, 55�. doi: 10.1007/s004410050674

Taylor, RE (1974). Prikkelbare membranen. Ann. Rev. Phys. Chem. 25, 387�. doi: 10.1146/annurev.pc.25.100174.002131

Theraulaz, G., en Bonabeau, E. (1999). Een korte geschiedenis van stigmatisering. Artif. Leven 5, 97�. doi: 10.1162/106454699568700

Traas, J., en Vernoux, T. (2010). Oscillerende wortels. Wetenschap 329, 1290�. doi: 10.1126/wetenschap.1195572

Trewavas, A. (2005). Intelligentie van planten. Natuurwissenschaften 92, 401�. doi: 10.1007/s00114-005-0014-9

Trewavas, A. (2014). Plantgedrag en intelligentie. Oxford: Oxford University Press.

Tseng, A., en Levin, M. (2013). De bio-elektrische code kraken: endogene ionische controles van patroonvorming onderzoeken. gemeenschappelijk. Integreren. Biol. 6, 1𠄸. doi: 10.4161/cib.22595

Tseng, A.S., Beane, W.S., Lemire, J.M., Masi, A., en Levin, M. (2010). Inductie van regeneratie van gewervelde dieren door een voorbijgaande natriumstroom. J. Neurosci. 30, 13192�. doi: 10.1523/JNEUROSCI.3315-10.2010

Tsong, T.Y., en Astumian, R.D. (1986). Absorptie en omzetting van elektrische veldenergie door membraangebonden ATPasen. Bio-elektrochemisch. Bio-energie. 15, 457�. doi: 10.1016/0302-4598(86)85034-6

Turing, A.M. (1952). De chemische basis van morfogenese. Filos. Trans. Roy Soc. B. 237, 37�. doi: 10.1098/rstb.1952.0012

Turner, C.H., Robling, A.G., Duncan, R.L., en Burr, D.B. (2002). Gedragen botcellen zich als een neuronaal netwerk? calcif. Weefsel Int. 70, 435�. doi: 10.1007/s00223-001-1024-z

Turrigiano, G.G., Marder, E., en Abbott, L.F. (1996). Cellulair kortetermijngeheugen van een langzame kaliumgeleiding. J. Neurofysiol. 75, 963�.

Ungar, G. (1972). Moleculaire codering van informatie in het zenuwstelsel. Natuurwissenschaften 59, 85�. doi: 10.1007/BF00591779

Ungar, G. (1974a). Moleculaire codering van het geheugen. Levenswetenschap. 14, 595�. doi: 10.1016/0024-3205(74)90394-4

Ungar, G. (1974b). Peptiden en geheugen. Biochem. Pharmacol. 23, 1553�. doi: 10.1016/0006-2952(74)90366-9

van Gelder, T. (1998). De dynamische hypothese in de cognitieve wetenschap. Gedraag je. Hersenen wetenschap. 21, 615� discussie 629�. doi: 10.1017/S0140525X98001733

Vergassola, M., Villermaux, E., en Shraiman, B.I. (2007). ‘Infotaxis’ als strategie voor zoeken zonder hellingen. Natuur 445, 406�. doi: 10.1038/natuur05464

Victor, JD (1999). Temporele aspecten van neurale codering in het netvlies en laterale geniculate. Netwerk 10, R1–R66. doi: 10.1088/0954-898X_10_4_201

Vincent, M. (2012). Kanker: een de-repressie van een standaard overlevingsprogramma dat alle cellen gemeen hebben? Een levensgeschiedenisperspectief op de aard van kanker. Bio-essays 34, 72�. doi: 10.1002/bies.201100049

Vladimirov, N., en Sourjik, V. (2009). Chemotaxis: hoe bacteriën geheugen gebruiken. Biol. Chem. 390, 1097�. doi: 10.1515/BC.2009.130

Volkmann, D., en Baluška, F. (1999). Het actine-cytoskelet in planten: van transportnetwerken naar signaleringsnetwerken. Microsc. Onderzoek technologie. 47, 135�. doi: 10.1002/(SICI)1097-0029(19991015)47:2𼄵::AID-JEMT6>3.0.CO2-1

Volkov, A.G., Foster, J.C., Ashby, T.A., Walker, R.K., Johnson, J.A. en Markin, V.S. (2010). Mimosa pudica: elektrische en mechanische stimulatie van plantbewegingen. Plantencel omgeving. 33, 163�. doi: 10.1111/j.1365-3040.2009.02066.x

Wang, K.C., Helms, J.A., en Chang, H.Y. (2009). Regeneratie, reparatie en onthouden van identiteit: de drie R's van Hox-genexpressie. Trends Cell Biol. 19, 268�. doi: 10.1016/j.tcb.2009.03.007

Watson, R.A., Buckley, C.L., Mills, R., en Davies, A. (2010). 𠇊ssociatief geheugen in genregulatienetwerken,” in Proceedings van de Artificial Life Conference XII, Odense, 194�.

Wayne, R. (1993). Prikkelbaarheid in plantencellen. Ben. Wetenschap. 81, 140�.

Wayne, R. (1994). De prikkelbaarheid van plantencellen: met een speciale nadruk op Characean internodale cellen. Bot. ds. 60, 265�. doi: 10.1007/BF02960261

Webb, A.A., en Satake, A. (2015). Inzicht in circadiane regulatie van koolhydraatmetabolisme in Arabidopsis met behulp van wiskundige modellen. Plantencel Fysiol. 56, 586�. doi: 10.1093/pcp/pcv033

Wells, PH (1967). “Training van platwormen in een van oye doolhof,” in Chemie van leren, eds W.C. Corning en S.C. Ratner (New York, NY: Plenum), 251�.

Westerhoff, H.V., Tsong, T.Y., Chock, P.B., Chen, Y.D., en Astumian, R.D. (1986). Hoe enzymen vrije energie van een oscillerend elektrisch veld kunnen opvangen en overbrengen. Proc. nat. Acad. Wetenschap. VS. 83, 4734�. doi: 10.1073/pnas.83.13.4734

Xiang, L., en Tao, N.J. (2016). Reacties werden elektrisch getriggerd. Natuur 531, 38�. doi: 10.1038/531038a

Xiong, W., en Ferrell, J.E. Jr., (2003). Een op positieve feedback gebaseerde bistabiele ‘geheugenmoduleâ’ die een beslissing over het lot van een cel regelt. Natuur 426, 460�. doi: 10.1038/nature02089

Yaar, M., en Park, H. Y. (2012). Melanocyten: een venster op het zenuwstelsel. J. Investeren. Dermatol. 132, 835�. doi: 10.1038/jid.2011.386

Yamashita, T., Pala, A., Pedrido, L., Kremer, Y., Welker, E., en Petersen, C.C. (2013). Membraanpotentiële dynamiek van neocorticale projectie-neuronen die doelspecifieke signalen aansturen. neuron 80, 1477�. doi: 10.1016/j.neuron.2013.10.059

Yang, M., en Brackenbury, W.J. (2013). Membraanpotentieel en kankerprogressie. Voorkant. Fysiol. 4:185. doi: 10.3389/fphys.2013.00185

Yntema, C.L. (1959a). Blastemavorming in dun geïnnerveerde en aneurogene voorpoten van amblystoma-larven. J. Exp. Zool. 142, 423�. doi: 10.1002/jez.1401420119

Yntema, C.L. (1959b). Regeneratie in dun geïnnerveerde en aneurogene voorpoten van Amblystoma-larven. J. Exp. Zool. 140, 101�. doi: 10.1002/jez.1401400106

Yokawa, K., en Baluška, F. (2015). C. elegans en Arabidopsis thaliana vergelijkbaar gedrag vertonen: ROS induceren ontsnappingstropismen, zowel in verlichte nematoden als wortels. Plant signaal. Gedraag je. 10:e1073870. doi: 10.1080/15592324.2015.1073870

Yokawa, K., en Baluška, F. (2016). Het TOR-complex: een noodschakelaar voor wortelgedrag. Plantencel Fysiol. 57, 14�. doi: 10.1093/pcp/pcv191

Yokawa, K., Fassano, R., Kagenishi, T., en Baluška, F. (2014). Licht als stressfactor voor plantenwortels - geval van wortelhalotropisme. Voorkant. Plant Sci. 5:718. doi: 10.3389/fpls.2014.00718

Zhang, W.B., Zhao, Y., en Kjell, F. (2013). Inzicht in gepropageerde sensatie langs meridianen door volumetransmissie in perifeer weefsel. Kin. J. Integr. Med. 19, 330�. doi: 10.1007/s11655-013-1456-0

Zhu, L., Aono, M., Kim, S.J., en Hara, M. (2013). Amoeba-based computing voor handelsreizigersprobleem: langetermijncorrelaties tussen ruimtelijk gescheiden individuele cellen van Physarum polycephalum. Biosystemen 112, 1�. doi: 10.1016/j.biosystems.2013.01.008

Zoghi, M. (2004). Hartgeheugen: herinneren het hart en de hersenen hetzelfde? J. Interv. Kaart. Elektrofysiol. 11, 177�. doi: 10.1023/B:JICE.00000048567.18088.a2

Sleutelwoorden: aneuraal, cognitie, planten, bio-elektrische signalering, berekening, geheugen, informatie, leren

Citaat: Baluška F en Levin M (2016) Over het hebben van geen hoofd: cognitie in biologische systemen. Voorkant. Psychol. 7:902. doi: 10.3389/fpsyg.2016.00902

Ontvangen: 08 maart 2016 Geaccepteerd: 31 mei 2016
Gepubliceerd: 21 juni 2016.

Eddy J. Davelaar, Birkbeck, Universiteit van Londen, VK

Vassilis Cutsuridis, Stichting voor Onderzoek en Technologie (2013 Hellas, Griekenland)
Jack Adam Tuszynski, Universiteit van Alberta, Canada

Copyright © 2016 Baluška en Levin. Dit is een open-access artikel dat wordt verspreid onder de voorwaarden van de Creative Commons Attribution License (CC BY). Gebruik, verspreiding of reproductie in andere fora is toegestaan, mits de oorspronkelijke auteur(s) of licentiegever worden vermeld en de oorspronkelijke publicatie in dit tijdschrift wordt geciteerd, in overeenstemming met de aanvaarde academische praktijk. Geen enkel gebruik, verspreiding of reproductie is toegestaan ​​die niet in overeenstemming is met deze voorwaarden.


Bekijk de video: zenuwstelsel - neuronen (December 2021).