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Myocardial injury as induced by myocardial infarction results in tissue ischemia, which critically incepts cardiomyocyte death. Endothelial cells play a crucial role in restoring oxygen and nutrient supply to the heart. Latest advances in single-cell multi-omics, together with genetic lineage tracing, reveal a transcriptional and phenotypical adaptation to the injured microenvironment, which includes alterations in metabolic, mesenchymal, hematopoietic and pro-inflammatory signatures. The extent of transition in mesenchymal or hematopoietic cell lineages is still debated, but it is clear that several of the adaptive phenotypical changes are transient and endothelial cells revert back to a naïve cell state after resolution of injury responses. This resilience of endothelial cells to acute stress responses is important for preventing chronic dysfunction. Here, we summarize how endothelial cells adjust to injury and how this dynamic response contributes to repair and regeneration. We will highlight intrinsic and microenvironmental factors that contribute to endothelial cell resilience and may be targetable to maintain a functionally active, healthy microcirculation.
Arnd Wedemeyer's article focuses on the German artist Joseph Beuys (1921–86), who did not shy away from describing the social order with traditional organic metaphors, such as the notion of a 'central organ'. However, it is above all the - plastic - relationship between society and art that is at issue in Wedemeyer's article, entitled 'Pumping Honey: Joseph Beuys at the documenta 6'. Using the term 'Soziale Plastik', Beuys not only classified his own artistic practice as essentially sculptural but, more importantly, thematized its heterogeneous yet anything but passive relationship to art market, exhibition, museum, and various modes of reception, as well as staked its political claim. Wedemeyer looks at Beuys's contribution to the 1977 documenta, 'Honey Pump at the Workplace', in order to argue that the layered invocation of plasticity characteristic of Beuys's practice and theorizing ought not be historicized, as is commonly done, as an instantiation of the excessive, transgressive - and quite possibly disingenuous - zeal of the neo-avant-garde. Beuys's 'Plastik' should not be confused with anti-aesthetic formlessness, base materialism, a post-Duchampian ruination of the 'objet trouvé', and least of all a Neoromantic or Wagnerian projection or hypostatization of the autonomous work of art. The avant-gardes of the twentieth century have rendered the relationship of art and aesthetics tenuous at best, their artistic 'innovations' straining against the supratemporally or anthropologically defined characteristics of aesthetic valuation, play, or force. While many have sought to address this problem by tethering art to society in a shared 'contemporaneity', the article explores the implications of recasting this relation as one of plasticity, using the conceptual richness harvested by Catherine Malabou.
Die vorgelegte Dissertation behandelt den Einfluss homöostatischer Adaption auf die Informationsverarbeitung und Lenrprozesse in neuronalen Systemen. Der Begriff Homöostase bezeichnet die Fähigkeit eines dynamischen Systems, bestimmte interne Variablen durch Regelmechanismen in einem dynamischen Gleichgewicht zu halten. Ein klassisches Beispiel neuronaler Homöostase ist die dynamische Skalierung synaptischer Gewichte, wodurch die Aktivität bzw. Feuerrate einzelner Neuronen im zeitlichen Mittel konstant bleibt. Bei den von uns betrachteten Modellen handelt es sich um eine duale Form der neuronalen Homöostase. Das bedeutet, dass für jedes Neuron zwei interne Parameter an eine intrinsische Variable wie die bereits erwähnte mittlere Aktivität oder das Membranpotential gekoppelt werden. Eine Besonderheit dieser dualen Adaption ist die Tatsache, dass dadurch nicht nur das zeitliche Mittel einer dynamischen Variable, sondern auch die zeitliche Varianz, also die stärke der Fluktuation um den Mittelwert, kontrolliert werden kann. In dieser Arbeit werden zwei neuronale Systeme betrachtet, in der dieser Aspekt zum Tragen kommt.
Das erste behandelte System ist ein sogennantes Echo State Netzwerk, welches unter die Kategorie der rekurrenten Netzwerke fällt. Rekurrente neuronale Netzwerke haben im Allgemeinen die Eigenschaft, dass eine Population von Neuronen synaptische Verbindungen besitzt, die auf die Population selbst projizieren, also rückkoppeln. Rekurrente Netzwerke können somit als autonome (falls keinerlei zusätzliche externe synaptische Verbindungen existieren) oder nicht-autonome dynamische Systeme betrachtet werden, die durch die genannte Rückkopplung komplexe dynamische Eigenschaften besitzen. Abhängig von der Struktur der rekurrenten synaptischen Verbindungen kann beispielsweise Information aus externem Input über einen längeren Zeitraum gespeichert werden. Ebenso können dynamische Fixpunkte oder auch periodische bzw. chaotische Aktivitätsmuster entstehen. Diese dynamische Vielseitigkeit findet sich auch in den im Gehirn omnipräsenten rekurrenten Netzwerken und dient hier z.B. der Verarbeitung sensorischer Information oder der Ausführung von motorischen Bewegungsmustern. Das von uns betrachtete Echo State Netzwerk zeichnet sich dadurch aus, dass rekurrente synaptische Verbindungen zufällig generiert werden und keiner synaptischen Plastizität unterliegen. Verändert werden im Zuge eines Lernprozesses nur Verbindungen, die von diesem sogenannten dynamischen Reservoir auf Output-Neuronen projizieren. Trotz der Tatsache, dass dies den Lernvorgang stark vereinfacht, ist die Fähigkeit des Reservoirs zur Verarbeitung zeitabhängiger Inputs stark von der statistischen Verteilung abhängig, die für die Generierung der rekurrenten Verbindungen verwendet wird. Insbesondere die Varianz bzw. die Skalierung der Gewichte ist hierbei von großer Bedeutung. Ein Maß für diese Skalierung ist der Spektralradius der rekurrenten Gewichtsmatrix.
In vorangegangenen theoretischen Arbeiten wurde gezeigt, dass für das betrachtete System ein Spektralradius nahe unterhalb des kritischen Wertes von 1 zu einer guten Performance führt. Oberhalb dieses Wertes kommt es im autonomen Fall zu chaotischem dynamischen Verhalten, welches sich negativ auf die Informationsverarbeitung auswirkt. Der von uns eingeführte und als Flow Control bezeichnete duale Adaptionsmechanismus zielt nun darauf ab, über eine Skalierung der synaptischen Gewichte den Spektralradius auf den gewünschten Zielwert zu regulieren. Essentiell ist hierbei, dass die verwendete Adaptionsdynamik im Sinne der biologischen Plausibilität nur auf lokale Größen zurückgreift. Dies geschieht im Falle von Flow Control über eine Regulation der im Membranpotential der Zelle auftretenden Fluktuationen. Bei der Evaluierung der Effektivität von Flow Control zeigte sich, dass der Spektralradius sehr präzise kontrolliert werden kann, falls die Aktivitäten der Neuronen in der rekurrenten Population nur schwach korreliert sind. Korrelationen können beispielsweise durch einen zwischen den Neuronen stark synchronisierten externen Input induziert werden, der sich dementsprechend negativ auf die Präzision des Adaptionsmechanismus auswirkt.
Beim Testen des Netzwerks in einem Lernszenario wirkte sich dieser Effekt aber nicht negativ auf die Performance aus: Die optimale Performance wurde unabhängig von der stärke des korrelierten Inputs für einen Spektralradius erreicht, der leicht unter dem kritischen Wert von 1 lag. Dies führt uns zu der Schlussfolgerung, dass Flow Control unabhängig von der Stärke der externen Stimulation in der Lage ist, rekurrente Netze in einen für die Informationsverarbeitung optimalen Arbeitsbereich einzuregeln.
Bei dem zweiten betrachteten Modell handelt es sich um ein Neuronenmodell mit zwei Kompartimenten, welche der spezifischen Anatomie von Pyramidenneuronen im Kortex nachempfunden ist. Während ein basales Kompartiment synaptischen Input zusammenfasst, der in Dendriten nahe des Zellkerns auftritt, repräsentiert das zweite apikale Kompartiment die im Kortex anzutreffende komplexe dendritische Baumstruktur. In früheren Experimenten konnte gezeigt werden, dass eine zeitlich korrelierte Stimulation sowohl im basalen als auch apikalen Kompartiment eine deutlich höhere neuronale Aktivität hervorrufen kann als durch Stimulation nur einer der beiden Kompartimente möglich ist. In unserem Modell können wir zeigen, dass dieser Effekt der Koinzidenz-Detektion es erlaubt, den Input im apikalen Kompartiment als Lernsignal für synaptische Plastizität im basalen Kompartiment zu nutzen. Duale Homöostase kommt auch hier zum Tragen, da diese in beiden Kompartimenten sicherstellt, dass sich der synaptische Input hinsichtlich des zeitlichen Mittels und der Varianz in einem für den Lernprozess benötigten Bereich befindet. Anhand eines Lernszenarios, das aus einer linearen binären Klassifikation besteht, können wir zeigen, dass sich das beschriebene Framework für biologisch plausibles überwachtes Lernen eignet.
Die beiden betrachteten Modelle zeigen beispielhaft die Relevanz dualer Homöostase im Hinblick auf zwei Aspekte. Das ist zum einen die Regulation rekurrenter neuronaler Netze in einen dynamischen Zustand, der für Informationsverarbeitung optimal ist. Der Effekt der Adaption zeigt sich hier also im Verhalten des Netzwerks als Ganzes. Zum anderen kann duale Homöostase, wie im zweiten Modell gezeigt, auch für Plastizitäts- und Lernprozesse auf der Ebene einzelner Neuronen von Bedeutung sein. Während neuronale Homöostase im klassischen Sinn darauf beschränkt ist, Teile des Systems möglichst präzise auf einen gewünschten Mittelwert zu regulieren, konnten wir Anhand der diskutierten Modelle also darlegen, dass eine Kontrolle des Ausmaßes von Fluktuationen ebenfalls Einfluss auf die Funktionalität neuronaler Systeme haben kann.
A different take on knowledge, history, and totalization is presented in Jamila Mascat's essay 'Hegel and the Ad-venture of the Totality', which aims at exploring the controversial notion of the Hegelian totality. Countering Louis Althusser's critique of Hegel's 'expressive totality', where every part is thought to expresses the whole, it proposes to consider such a speculative figure as a temporalizing instance situated at the entanglement of Knowing and History. Firstly, it illustrates the paradoxical inclination of Hegel's totality to being both complete and a never-ending task. Secondly, it analyses the accomplishment of totality at the peak of the Science of Logic, focusing on the temporal circularity of the Concept ('Begriff'). Thirdly, drawing on the readings of Alexandre Koyré, Alexandre Kojève, and Jean Hyppolite, the essay illustrates the peculiar relation between becoming and eternity that is located at the heart of Hegel's conception of time. Finally, it approaches the last section of the "Phenomenology of Spirit" devoted to Absolute Knowing in order to highlight the twofold movement of seizure ('Begreifen') and release ('Entlassen') that characterizes the activity of the Spirit and that is constitutive of the contingent ad-venture of the totality as a philosophical achievement. In other words, it is by embracing contingency as its limit that Absolute Knowing reaffirms the status of its absoluteness precisely because of its capacity to sacrifice itself and let it go. Critically engaging with Catherine Malabou's reading of plasticity in Hegel, Mascat highlights that Absolute Knowing is a process of totalization that entails cuts and interruptions. The essay shows that the Hegelian totality may be interpreted and actualized as a theoretical construct densely charged with temporal and historical implications: on the one hand, totality expresses a timely standpoint for thought - the standpoint of Hegel's age, which is, as claimed by the philosopher at the end of his "Lectures on the History of Philosophy", 'for the time being completed', as well as the standpoint of the present time to be speculatively accomplished; on the other hand, Hegel's idea of a speculative totalization sets for the philosophies yet to come the never-ending task of constituting and re-constituting wholes.
Experience-dependent alterations in the human brain's white-matter microstructure occur in early adulthood, but it is unknown whether such plasticity extends throughout life. We used cognitive training, diffusion-tensor imaging (DTI), and structural MRI to investigate plasticity of the white-matter tracts that connect the left and right hemisphere of the frontal lobes. Over a period of about 180 days, 20 younger adults and 12 older adults trained for a total of one hundred and one 1-h sessions on a set of three working memory, three episodic memory, and six perceptual speed tasks. Control groups were assessed at pre- and post-test. Training affected several DTI metrics and increased the area of the anterior part of the corpus callosum. These alterations were of similar magnitude in younger and older adults. The findings indicate that experience-dependent plasticity of white-matter microstructure extends into old age and that disruptions of structural interhemispheric connectivity in old age, which are pronounced in aging, are modifiable by experience and amenable to treatment.
Background: This study investigates (1) whether alterations in magnetic resonance imaging (MRI)-based structural global network organization is impaired in patients with major depressive disorder (MDD), (2) whether in-patient treatment including pharmacological, psychological and neurostimulation interventions is linked to changes in structural brain connectivity and (3) whether brain structural changes relate to changes in depression symptomatology.
Methods: One hundred seventy-eight subjects – 109 subjects diagnosed with current MDD and 55 healthy controls (HC) - participated in the present study (baseline + 6-weeks follow up). Fifty-six depressed patients were treated with electroconvulsive therapy (ECT) and 67 received in-patient treatment without ECT. Here, grey matter T1-weighted MRI was used to define nodes and DWI-based tractography to define the connections – or edges – between the nodes creating a structural connectome. Changes over time in depressions symptom severity was measured with the Hamilton Depression Ratings Scale.
Results: MDD patients showed reduced connectivity strength at baseline compared to healthy controls. MDD patients showed a significant increase of connectivity strength over time, an effect that was not detected in HC. An increase of connectivity strength was associated with a decrease in depression symptom severity. These effects were independent of treatment choice, suggesting a nonspecific effect that cannot be traced back to ECT.
Conclusion: We demonstrate an alleviation of structural brain dysconnectivity in MDD patients after successful antidepressive treatment, which is most prominent in those patients that show the greatest reduction in depressive symptomatology. This pattern of results suggests neuroplastic mechanisms involved in the successful treatment of depression and should be investigated as a potential treatment target in future studies.
Research Category and Technology and Methods: Clinical Research: 2. Electroconvulsive Therapy (ECT)
Wholes are said to be more than the sum of their parts. This 'more' contains both a promise and a threat. When different elements - which might be individuals, cultures, disciplines, or methods - form a whole, they not only join forces but also generate a surplus from which the parts can benefit. Being part of a whole is a way to acquire meaning and to extend beyond one's limited existence; and having a part in the whole is to have an enlarged agency. But wholes are also more powerful than the sum of their parts. Wholes constitute their parts: they determine what is a part and what is apart, what can become a part, and which parts have no part. Even if parts therefore may not be said to pre-exist a whole, there may still be something in them that exceeds being a part - if only the possibility of being part of a different whole.
Treatments for amblyopia focus on vision therapy and patching of one eye. Predicting the success of these methods remains difficult, however. Recent research has used binocular rivalry to monitor visual cortical plasticity during occlusion therapy, leading to a successful prediction of the recovery rate of the amblyopic eye. The underlying mechanisms and their relation to neural homeostatic plasticity are not known. Here we propose a spiking neural network to explain the effect of short-term monocular deprivation on binocular rivalry. The model reproduces perceptual switches as observed experimentally. When one eye is occluded, inhibitory plasticity changes the balance between the eyes and leads to longer dominance periods for the eye that has been deprived. The model suggests that homeostatic inhibitory plasticity is a critical component of the observed effects and might play an important role in the recovery from amblyopia.