Neuronal avalanches and coherence potentials

European Physical Journal: Special Topics

Volumn 205, Issue 1, 2012, Pages 259-301

  Plenz, D ^a  

^a NATIONAL INSTITUTE OF MENTAL HEALTH   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

EID: 84860522933     PISSN: 19516355     EISSN: 19516401     Source Type: Journal    
DOI: 10.1140/epjst/e2012-01575-5     Document Type: Article

References (148)

1. J. M. Beggs, D. Plenz, J. Neurosci. 23, 11167 (2003).
2. J. M. Beggs, D. Plenz, J. Neurosci. 24, 5216 (2004).
3. C. V. Stewart, D. Plenz, J. Neurosci. 26, 8148 (2006).
4. D. Plenz, T. C. Thiagarajan, Trends Neurosci. 30, 101 (2007).
5. C. V. Stewart, D. Plenz, J. Neurosci. Meth. 169, 405 (2007).
6. A. Mazzoni, F. D. Broccard, E. Garcia-Perez, P. Bonifazi, M. E. Ruaro, V. Torre, PLoS ONE 2, e439 (2007).
7. E. D. Gireesh, D. Plenz, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 105, 7576 (2008).
8. S. Pajevic, D. Plenz, PLoS Comp. Biol. 5, e1000271 (2008).
9. V. Pasquale, P. Massobrio, L. L. Bologna, M. Chiappalone, S. Martinoia, Neurosci. 153, 1354 (2008).
10. T. Petermann, T. Thiagarajan, M. A. Lebedev, M. A. Nicolelis, D. R. Chialvo, D. Plenz, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 106, 15921 (2009).
11. W. L. Shew, H. Yang, T. Petermann, R. Roy, D. Plenz, J. Neurosci. 9, 15595 (2009).
12. G. Hahn, T. Petermann, S. Yu, W. Singer, D. Plenz, D. Nikolic, J. Neurophysiol. 104, 3312 (2010).
13. T. L. Ribeiro, M. Copelli, F. Caixeta, H. Belchior, D. R. Chialvo, M. A. Nicolelis, et al., PLoS ONE 5, e14129 (2010).
14. C. Tetzlaff, S. Okujeni, U. Egert, F. Worgotter, M. Butz, PLoS Comput. Biol. 6, e1001013 (2010).
15. P. Allegrini, P. Paradisi, D. Menicucci, A. Gemignani, Front Physiol. 1, 128 (2010).
16. W. L. Shew, H. Yang, S. Yu, R. Roy, D. Plenz, J. Neurosci. 5, 55 (2011).
17. A. Klaus, S. Yu, D. Plenz, PLoS One 6, e19779 (2011).
18. S. Yu, H. Yang, H. Nakahara, G. Santos, D. Nikolic, D. Plenz, J. Neurosci. 31, 17514 (2011).
19. H. Yang, W. Shew, R. Rajarshi, D. Plenz, J. Neurosci. 32, 1061 (2012).
20. T. C. Thiagarajan, M. A. Lebedev, M. A. Nicolelis, D. Plenz, PLoS Biology 8, e1000278 (2010).
21. H. E. Stanley, Introduction to Phase Transitions and Critical Phenomena (Oxford University Press, New York, 1971).
22. P. Bak, How Nature Works: The Science of Self-Organized Criticality (Copernicus Books, New York, 1996).
23. H. J. Jensen, Self-Organized Criticality (Cambridge University Press, 1998).
24. D. Sornette, Critical Phenomena in Natural Sciences (Berlin, Springer Verlag, 2000).
25. S. Wolfram, Physica D 10, 1 (1984).
26. W. Hordijk, C. R. Shalizi, J. P. Crutchfield, Physica D 154, 240 (2001).
27. J. K. Park, K. Steiglitz, W. P. Thurston, Physica D 19, 432 (2011).
28. D. Sornette, J. Terraspace Sci. Eng. 2, 1 (2009).
29. V. Braitenberg, A. Schüz, Anatomy of the cortex. Berlin Heidelberg (Springer-Verlag, New York, 1992).
30. M. Abeles, Corticonics: Neural Circuits of the Cerebral Cortex, 1st edn. (Cambridge University Press, New York Port Chester Melbourne Sydney, 1992).
31. M. Diesmann, M. O. Gewaltig, A. Aertsen, Nature 402, 529 (1999).
32. Y. Ikegaya, G. Aaron, R. Cossart, D. Aronov, I. Lampl, D. Ferster, et al., Science 304, 559 (2004).
33. C. Mehring, U. Hehl, M. Kubo, M. Diesmann, A. Aertsen, Biol. Cybern. 88, 395 (2003).
34. M. O. Gewaltig, M. Diesmann, A. Aertsen, Neural. Netw. 14, 657 (2001).
35. A. Aertsen, M. Diesmann, M. O. Gewaltig, Propagation of Synchronous Spiking Activity in Feedforward Neural Networks, 90 edn. (1996), p. 243.
36. J. N. Teramae, T. Fukai, J. Comput. Neurosci. 22, 301 (2007).
37. T. P. Vogels, L. F. Abbott, J. Neurosci. 25, 10786 (2005).
38. A. Kumar, S. Rotter, A. Aertsen, J. Neurosci. 28, 5268 (2008).
39. M. Abeles, G. Hayon, D. Lehmann, J. Comput. Neurosci. 17, 179 (2004).
40. S. Kunkel, M. Diesmann, A. Morrison, Front Comput. Neurosci. 4, 160 (2011).
41. M. Abeles, H. Bergman, E. Margalit, E. Vaadia, J. Neurophysiol. 70, 1629 (1993).
42. A. Mokeichev, M. Okun, O. Barak, Y. Katz, O. Ben Shahar, I. Lampl, Neuron 53, 413 (2007).
43. M. J. Rasch, A. Gretton, Y. Murayama, W. Maass, N. K. Logothetis, J. Neurophysiol. 99, 1461 (2008).
44. E. A. Stern, M. Maravall, K. Svoboda, Neuron 31, 305 (2001).
45. O. Shriki, J. Alstott, F. W. Carver, T. Holroyd, R. Henson, M. L. Smith, et al., Signatures of criticality in human brain dynamics. Soc. Neuroscience, Program No. 661. 04 2011.
46. K. Zhang, T. J. Sejnowski, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 97, 5621 (2000).
47. W. L. Shew, T. Bellay, D. Plenz, J. Neurosci. Methods 192, 75 (2010).
48. D. Plenz, D. R. Chialvo, Scaling properties of neuronal avalanches are consistent with critical dynamics [arXiv: 0912 5369 2009].
49. A. K. Engel, P. Fries, W. Singer, Nat. Rev. Neurosci. 2, 704 (2001).
50. W. Singer, Neuron 24, 49 (1999).
51. C. M. Gray, P. Konig, A. K. Engel, W. Singer, Nature 338, 334 (1989).
52. M. N. Havenith, S. Yu, J. Biederlack, N. H. Chen, W. Singer, D. Nikolic, J. Neurosci. 31, 8570 (2011).
53. G. G. Turrigiano, S. B. Nelson, Nat. Rev. Neurosci. 5, 97 (2004).
54. I. Osorio, M. G. Frei, D. Sornette, J. Milton, Y-C. Lai, Phys. Rev. E 82, 021919 (2010).
55. O. Kinouchi, M. Copelli, Nat. Phys. 2, 348 (2006).
56. D. Millman, S. Mihalas, A. Kirkwood, E. Niebur, Nat. Phys. (2010) doi: 10. 1038/nphys1757.
57. J. Tabak, J. Rinzel, M. J. O'Donovan, J. Neurosci. 21, 8966 (2001).
58. W. Nisch, J. Bock, U. Egert, H. Hammerle, A. Mohr, Biosens. Bioelectron 9, 737 (1994).
59. G. A. Worrell, S. D. Cranstoun, J. Echauz, B. Litt, NeuroReport 13, 2017 (2002).
60. J. P. Hobbs, J. L. Smith, J. M. Beggs, J. Clin. Neurophysiol. 27, 380 (2010).
61. A. F. Arnsten, J. X. Cai, B. L. Murphy, P. S. Goldman-Rakic, Psychopharmacology (Berl) 116, 143 (1994).
62. V. S. Mattay, T. E. Goldberg, F. Fera, A. R. Hariri, A. Tessitore, M. F. Egan, et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 100, 6186 (2003).
63. J. H. Krystal, D. C. D'Souza, D. Mathalon, E. Perry, A. Belger, R. Hoffman, Psychopharmacology (Berl) 169, 215 (2003).
64. W. M. Abi-Saab, D. C. D'Souza, B. Moghaddam, J. H. Krystal, Pharmacopsychiatry 31, 104 (1998).
65. M. P. Paulus, M. A. Geyer, L. H. Gold, A. J. Mandell, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 87, 723 (1990).
66. E. V. Albano, Physica A 216, 213 (1995).
67. T. E. Harris, The Theory of Branching Processes (New York, Dover, 1989).
68. S. Zapperi, L. K. Baekgaard, H. E. Stanley, Phys. Rev. Lett. 75, 4071 (1995).
69. D. Eytan, S. Marom, J. Neurosci. 26, 8465 (2006).
70. H. J. Luhmann, T. Mittmann, G. van Luijtelaar, U. Heinemann, Epilepsy Res. 22, 43 (1995).
71. D. A. Prince, I. Parada, K. Scalise, K. Graber, X. Jin, F. Shen, Epilepsia 50, 30 (2009).
72. M. J. Gutnick, B. W. Connors, D. A. Prince, J. Neurophysiol. 48, 1321 (1982).
73. B. W. Connors, Nature 310, 685 (1984).
74. D. J. Pinto, S. L. Patrick, W. C. Huang, B. W. Connors, J. Neurosci. 25, 8131 (2005).
75. C. W. Eurich, J. M. Herrmann, U. A. Ernst, Phys. Rev. E Stat Nonlin. Soft. Matter Phys. 66, 066137 (2002).
76. A. Levina, U. Ernst, J. M. Herrmann, Neurocomputing 70, 1877 (2008).
77. A. Levina, J. M. Hermann, T. Geisel, Nat. Phys. 857, 2007 (.
78. D. Plenz, Nature Physics (2010) doi: 10. 1038/nphys1796.
79. F. Omori, J. Coll, Sci. Imper. Univ. Tokyo. 7, 111 (1895).
80. T. Utsu, Y. Ogata, J. Phys. Earth. 43, 1 (1995).
81. S. Marom, Prog. Neurobiol. 90, 16 (2010).
82. K. Linkenkaer-Hansen, V. V. Nikouline, J. M. Palva, R. J. Ilmoniemi, J. Neurosci. 21, 1370 (2001).
83. A. Gal, D. Eytan, A. Wallach, M. Sandler, J. Schiller, S. Marom, J. Neurosci. 30, 16332 (2010).
84. P. Shearer, E. Hauksson, G. Lin, Bull. Seismol. Soc. Amer. 95, 904 (2005).
85. B. Enescu, Z. Struzik, K. Kiyono, Geophys. J. Int. 172, 395 (2008).
86. L. de Arcangelis, C. Godano, E. Lippiello, M. Nicodemi, Phys. Rev. Lett. 96, 051102 (2006).
87. N. Bertschinger, T. Natschlager, Neural Comput. 16, 1413 (2004).
88. R. Legenstein, W. Maass, Neural Netw. 20, 323 (2007).
89. D. Larremore, W. Shew, J. Restrepo, Phys. Rev. Lett. 106, 1 (2011).
90. L. Pfeffer, ID, SCV, DP. IEEE Symposium on Computer-Based Medical Systems: CMBS (2004), p. 473, ISBN: 0-7695-2104-5.
91. P. Ramo, S. Kauffman, J. Kesselia, O. Yli-Harja, Physica D 227, 100 (2007).
92. C. Haldeman, J. M. Beggs, Phys. Rev. Lett. 94, 058101 (2005).
93. T. J. Gawne, B. J. Richmond, J. Neurosci. 13, 2758 (1993).
94. I. E. Ohiorhenuan, F. Mechler, K. P. Purpura, A. M. Schmid, Q. Hu, J. D. Victor, Nature 466, 617 (2010).
95. Y. Shu, A. Hasenstaub, D. A. McCormick, Nature 423, 288 (2003).
96. M. Okun, I. Lampl, Nat. Neurosci. 11, 535 (2008).
97. L. de Arcangelis, H. J. Herrmann, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 107, 3977 (2010).
98. L. de Arcangelis, C. Perrone-Capano, H. J. Herrmann, Phys. Rev. Lett. 96, 028107 (2006).
99. W. Rall, Biophys. J. 2, 145 (1962).
100. K. J. Friston, Neuroimage 5, 164 (1997).
101. J. A. S. Kelso, Dynamic patterns: The Self-Organization of Brain and Behavior (MIT Press, Cambridge, MA, 1995).
102. M. Gardner, Sci. Am. 223, 120 (1970).
103. E. Berlekamp, J. H. Conway, R. Guy, Winning Ways for Your Mathematical Plays (Academic Press, New York, 1982).
104. Cellular automata (MIT Press, Cambridge, 1990).
105. N. H. Packard, Dynamics Patterns in Complex Systems, edited by J. A. S. Kelso, A. J. Mandell, M. F. Shlesinger (World Scientific, Singapore, 1988), p. 293.
106. Cellular Automata: Proceedings of an Interdisciplinary Workshop (North Holland, Amsterdam, 1984).
107. P. Bak, K. Chen, M. Paczuski, Phys. Rev. Lett. 86, 2475 (2001).
108. N. M. Gotts, Int. J. Syst. Sci. 31, 873 (2000).
109. M. Mitchel, P. Hraber, J. P. Crutchfield, Complex Syst. 7, 89 (1993).
110. C. G. Langton, Physica D 42, 12 (1990).
111. D. Hebb, The Organization of Behavior. A Neuropsychological Theory (Wiley, New York, 1949).
112. W. J. Freeman, Mass Action in the Nervous System (Academic Press, New York, 1975).
113. V. Braitenberg, J. Theor. Biol. 46, 421 (1974).
114. V. Braitenberg, Lecture Notes in Biomathematics, Theoretical approches to complex systems Proceedings 1977, edited by R. Heim, G. Palm, vol. 21, 1st edn. (Springer Verlag, Berlin Heidelberg, New York, 1978), p. 171.
115. V. Braitenberg, Architectonics of the Cerebral Cortex, edited by M. A. B. Brazier, H. Petsche (Raven Press, New York, 1978), p. 443.
116. V. Braitenberg, A. Schüz, Spektrum Wiss 74 (1989).
117. M. Abeles, Local Cortical Circuits (Springer Verlag, Berlin, Heidelberg, New York, 1982), p. 1.
118. M. Abeles Isr, J. Med. Sci. 18, 83 (1982).
119. H. Hammerle, U. Egert, A. Mohr, W. Nisch, Biosens. Bioelectron. 9, 691 (1994).
120. U. Egert, D. Heck, A. Aertsen, Exp. Brain. Res. 142, 268 (2002).
121. A. Toib, V. Lyakhov, S. Marom, J. Neurosci. 18, 1893 (1998).
122. C. M. Gray, P. Koenig, A. K. Engel, W. Singer, Nature 338, 334 (1989).
123. R. Eckhorn, R. Bauer, W. Jordan, M. Brosch, W. Kruse, M. Munk, et al., Biol. Cybern. 60, 121 (1988).
124. W. J. Freeman, B. W. van Dijk, Brain. Res. 422, 267 (1987).
125. E. Rodriguez, N. George, J. P. Lachaux, J. Martinerie, B. Renault, F. J. Varela, Nature 397, 430 (1999).
126. F. J. Varela, J. P. Lachaux, E. Rodriguez, J. Martinerie, Nat. Rev. Neurosci. 2, 229 (2001).
127. G. L. Gerstein, D. H. Perkel, Biophys. J. 453, 473 (1972).
128. A. Aertsen, G. L. Gerstein, Brain. Res. 340, 341 (1985).
129. G. L. Gerstein, A. Aertsen, J. Neurophysiol. 54, 1513 (1985).
130. A. Riehle, S. Grun, M. Diesmann, A. Aertsen, Science 278, 1950 (1997).
131. Gruen, M. Diesmann, F. Grammont, A. Riehle, A. Aertsen, J. Neurosci. Methods 94, 67 (1999).
132. M. Abeles, Y. Prut, H. Bergman, E. Vaadia, A. Aertsen, Brain Theory: Spatio-Temporal Aspects of Brain Function, edited by A. Aertsen (Elsevier Science, Amsterdam, 1993).
133. G. Shahaf, D. Eytan, A. Gal, E. Kermany, V. Lyakhov, C. Zrenner, et al., PLoS Comput. Biol. 4, e1000228 (2008).
134. V. Priesemann, M. H. Munk, M. Wibral, BMC Neurosci. 10, 40 (2009).
135. S. Bornholdt, T. Rohl, Phys. Rev. E; Stat. Nonlin. Soft. Matter Phys. 67, 066118 (2003).
136. M. Rubinov, O. Sporns, J. P. Thivierge, M. Breakspear, PLoS Comput. Biol. 7, e1002038 (2011).
137. G. L. Pellegrini, L. de Arcangelis, H. J. Herrmann, C. Perrone-Capano, Phys. Rev. E Stat. Nonlin. Soft. Matter Phys. 76, 016107 (2007).
138. D. Lehmann, Int. J. Psychophysiol. 1, 267 (1984).
139. D. Lehmann, H. Ozaki, I. Pal, Electroencephalogr Clin. Neurophysiol. 67, 271 (1987).
140. D. Lehmann, P. L. Faber, S. Galderisi, W. M. Herrmann, T. Kinoshita, M. Koukkou, et al., Psychiatry Res. 138, 141 (2005).
141. A. A. Fingelkurts, A. A. Fingelkurts, Int. J. Neurosci. 114, 843 (2004).
142. A. A. Fingelkurts, A. A. Fingelkurts, Cogn. Process 7, 135 (2006).
143. F. W. Ohl, H. Scheich, W. J. Freeman, Nature 412, 733 (2001).
144. F. Han, N. Caporale, Y. Dan, Neuron 60, 321 (2008).
145. E. R. John, M. Shimokochi, F. Bartlett, Science 164, 1534 (1969).
146. W. J. Freeman, J. Integr. Neurosci. 2, 3 (2003).
147. D. Lehmann, P. L. Faber, L. R. Gianotti, K. Kochi, R. D. Pascual-Marqui, J. Physiol. Paris 99, 29 (2006).
148. J. J. McGuire, M. S. Boettcher, T. H. Jordan, Nature 434, 457 (2005).