Background Retinal circuitry provides a fundamental window to neural networks, featuring widely investigated visual phenomena ranging from direction selectivity to fast detection of approaching motion. As the divide between experimental and theoretical visual neuroscience is fading, neuronal modeling has proven to be important for retinal research. In neuronal modeling a delicate balance is maintained between bio-plausibility and model tractability, giving rise to myriad modeling frameworks. One biologically detailed framework for neuro modeling is NeuroConstruct, which facilitates the creation, visualization and analysis of neural networks in 3D. Results Here, we extended NeuroConstruct to support the generation of structured visual stimuli, to feature different synaptic dynamics, to allow for heterogeneous synapse distribution and to enable rule-based synaptic connectivity between cell populations. We utilized this framework to demonstrate a simulation of a dense plexus of biologically realistic and morphologically detailed starburst amacrine cells. The amacrine cells were connected to a ganglion cell and stimulated with expanding and collapsing rings of light. Conclusions This framework provides a powerful toolset for the investigation of the yet elusive underlying mechanisms of retinal computations such as direction selectivity. Particularly, we showcased the way NeuroConstruct can be extended to support advanced field-specific neuro-modeling.

中文翻译：

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基于 NeuroConstruct 的结构光刺激视网膜电路的实现

背景视网膜电路为神经网络提供了一个基本窗口，具有广泛研究的视觉现象，范围从方向选择性到接近运动的快速检测。随着实验性和理论性视觉神经科学之间的鸿沟逐渐消失，神经元建模已被证明对视网膜研究很重要。在神经元建模中，生物似真性和模型易处理性之间保持着微妙的平衡，从而产生了无数的建模框架。神经建模的一个生物学详细框架是 NeuroConstruct，它促进了 3D 神经网络的创建、可视化和分析。结果 在这里，我们扩展了 NeuroConstruct 以支持结构化视觉刺激的生成，以具有不同的突触动态，允许异质突触分布并在细胞群之间实现基于规则的突触连接。我们利用这个框架来演示对生物学上真实的和形态学上详细的星爆无长突细胞的密集丛的模拟。无长突细胞与神经节细胞相连，并用扩张和收缩的光环刺激。结论 该框架提供了一个强大的工具集，用于研究视网膜计算的难以捉摸的潜在机制，例如方向选择性。特别是，我们展示了可以扩展 NeuroConstruct 以支持高级特定领域神经建模的方式。我们利用这个框架来演示对生物学上真实的和形态学上详细的星爆无长突细胞的密集丛的模拟。无长突细胞与神经节细胞相连，并用扩张和收缩的光环刺激。结论 该框架提供了一个强大的工具集，用于研究视网膜计算的难以捉摸的潜在机制，例如方向选择性。特别是，我们展示了可以扩展 NeuroConstruct 以支持高级特定领域神经建模的方式。我们利用这个框架来演示对生物学上真实的和形态学上详细的星爆无长突细胞的密集丛的模拟。无长突细胞与神经节细胞相连，并用扩张和收缩的光环刺激。结论 该框架提供了一个强大的工具集，用于研究视网膜计算的难以捉摸的潜在机制，例如方向选择性。特别是，我们展示了可以扩展 NeuroConstruct 以支持高级特定领域神经建模的方式。结论 该框架提供了一个强大的工具集，用于研究视网膜计算的难以捉摸的潜在机制，例如方向选择性。特别是，我们展示了可以扩展 NeuroConstruct 以支持高级特定领域神经建模的方式。结论 该框架提供了一个强大的工具集，用于研究视网膜计算的难以捉摸的潜在机制，例如方向选择性。特别是，我们展示了可以扩展 NeuroConstruct 以支持高级特定领域神经建模的方式。