Publication

Machine-learning predictor of nerve fiber firing rate allows the automatic optimization of electrical stimulation protocols

Résumé

Computational models have been widely employed to study the electrical stimulation of the nervous system. Still, most applications either study fundamental mechanisms underlying stimulation, or address qualitative scientific questions. When quantitative questions are posed, they are mostly evaluated on a small, regular grid of parameter values, thus greatly reducing the wealth of admissible possibilities. The main obstacle to the use of computational models is their very high computational complexity, which prevents testing a large number of parameter values. Here, we show that it is possible to train a regressor that predicts the firing rate of nerve fibers stimulated according to a given multipolar electrical stimulation protocol, and show its possible application to a simplified model of optic nerve stimulation. Our results show that it is possible to build a very accurate surrogate model of nerve fiber stimulation, and that its reduced computational cost allows to perform automatic optimization of multipolar electrical stimulation protocols via evolutionary heuristics.

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Concepts associés (32)
Nerf
Un nerf est un organe de forme linéaire, présent dans le corps de la plupart des animaux eumétazoaires (Eumetazoa, ou métazoaires supérieurs), dont les mammifères et l'homme. En neuroanatomie, un nerf désigne un regroupement d'axones distinct traversant un tissu. Ces axones sont issus de neurones dont les corps cellulaires sont le plus souvent regroupés en ganglion. Les nerfs et les ganglions sont les composants anatomiques de base d'un système nerveux.
Système nerveux autonome
Le système nerveux autonome aussi appelé système nerveux végétatif est la partie du système nerveux périphérique responsable des fonctions non soumises au contrôle volontaire. Il contrôle notamment les muscles lisses (digestion, vascularisation...), les muscles cardiaques, la majorité des glandes exocrines (digestion, sudation...) et certaines glandes endocrines. Le système nerveux autonome contient des neurones périphériques mais aussi centraux.
Nerf vague
Le nerf vague (X), également appelé nerf pneumogastrique, nerf cardio-pneumo-entérique, nerf parasympathique ou nerf cardiaque, est le dixième nerf crânien. C'est une voie très importante de la régulation végétative (digestion, fréquence cardiaque...) et du contrôle sensorimoteur du larynx, donc de la phonation. Le nerf vague est le nerf crânien dont le territoire est le plus étendu (d'où son nom). C'est un nerf mixte qui convoie des informations motrices, sensitives, sensorielles et surtout végétatives parasympathiques.
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