L'adaptation module la connectivité effective et la stabilité du réseau

Le cerveau est un réseau non linéaire et fortement récurrent, hypothétiquement proche du chaos pour un fonctionnement optimal. L'excitation et l'inhibition doivent être équilibrées précisément dans chaque neurone pour garantir un niveau cohérent de stabilité dynamique et de dynamiques riches lors de la transition vers le chaos. Cependant, l'analyse des matrices de poids synaptiques biologiquement réalistes suggère que la parcimonie et la structure de basse dimension interagissent de manière à ce qu'il n'existe aucune règle d'équilibrage synaptique connue qui contraigne la stabilité (c’est-à-dire, les valeurs propres) du réseau tout en préservant également une structure de basse dimension utile sur le plan computationnel. De plus, même si un réseau était bien équilibré, les stimuli externes interagissent avec les fonctions d'activation non linéaires pour déséquilibrer le réseau en temps réel. Par conséquent, le cerveau doit utiliser des mécanismes dynamiques, plutôt que statiques, pour réguler activement son niveau de stabilité. Nous proposons que deux mécanismes d'adaptation spécifiques, l'adaptation de la fréquence de pics (SFA) et la dépression synaptique à court terme (STD), modulent continuellement la connectivité effective, maintenant le cerveau près du chaos et réduisant les fluctuations dynamiques causées par les stimuli. Ce cadre théorique relie les mécanismes de rétroaction négative intrinsèques et synaptiques à la dynamique au niveau du réseau. Cela offre une explication de pourquoi la modélisation basée sur les données des signaux cérébraux humains, une méthode passionnante et utile dans la recherche sur l'épilepsie et l'anesthésie, semble nécessiter des modèles linéaires évolutifs dans le temps (LTV) qui sont ajustés toutes les demi-secondes : des processus d'adaptation difficiles à observer interagissent avec des non-linéarités pour rendre la connectivité effectivement dynamique à l'échelle des macroélectrodes. Nous suggérons que l'adaptation compromise pourrait sous-tendre des conditions neurologiques caractérisées par une excitabilité altérée, et que la stimulation cérébrale ciblée pourrait être utilisée pour sonder l'action régulatrice de l'adaptation.