La capacité d'information et la transmission sont maximisées dans des réseaux corticaux équilibrés avec des avalanches neuronales

Le répertoire des motifs d'activité neurale qu'un réseau cortical peut produire contraint la capacité du réseau à transférer et à traiter l'information. Ici, nous avons mesuré les motifs d'activité obtenus à partir d'enregistrements de potentiels de champ local multisite dans des cultures de cortex, des rats anesthésisés à l'urétane et des macaques éveillés. Tout d'abord, nous avons quantifié la capacité d'information du répertoire de motifs d'activité en cours et d'activité évocatrice de stimulus en utilisant l'entropie de Shannon. Ensuite, nous avons quantifié l'efficacité de la transmission d'information entre le stimulus et la réponse en utilisant l'information mutuelle. En changeant systématiquement le rapport d'excitation/inhibition (E/I) in vitro et dans un modèle de réseau, nous avons découvert que tant la capacité d'information que la transmission d'information sont maximisées à un E/I intermédiaire particulier, auquel l'activité en cours émerge sous forme d'avalanches neuronales. Ensuite, nous avons utilisé nos résultats in vitro et de modèle pour prédire correctement la capacité d'information in vivo et les interactions entre les groupes neuronaux pendant l'activité en cours. Un accord étroit entre nos expériences et le modèle suggère que les avalanches neuronales et la capacité maximale d'information surviennent en raison de la criticité et sont des propriétés générales des réseaux corticaux avec un E/I équilibré.