Cologne Excellence Cluster on Cellular Stress Responses in Aging Associated Diseases
Kölner UniversitätsPublikationsServerNot a member yet
25460 research outputs found
Sort by
Wissenschaftliche Bewertung der Darstellung von Wirbelsäulenoperationen in der Laienpresse
Get PDFZiel der Arbeit war es, die Darstellung von Wirbelsäulenoperationen in deutschen Laienmedien im Zeitraum 2012–2021 wissenschaftlich zu analysieren und mit der Evidenzlage aus der Fachliteratur zu vergleichen. Hierzu wurden sowohl wissenschaftliche Publikationen auch Beiträge aus Printmedien, Fernsehen und Hörfunk (ARD, ZDF) systematisch ausgewertet. Die Analyse zeigte, dass Laienmedien mehrheitlich kritisch gegenüber Wirbelsäulenoperationen eingestellt sind. Besonders wenn Krankenkassen oder konservativ tätige Ärzte als Experten auftreten, wird häufig vor operativen Eingriffen gewarnt. Hier lässt sich ein Agenda Setting und Framing zugunsten konservativer Therapien und zur Wahrung institutioneller Interessen vermuten. Dagegen berichten Medien deutlich ausgewogener, wenn klinisch tätige Wirbelsäulenchirurgen als Experten zu Wort kommen, die sowohl konservative als auch operative Behandlungen durchführen. In diesen Fällen wird meist eine individuelle Indikationsstellung betont und die konservative Therapie als erster Schritt empfohlen, während Operationen bei klarer Indikation als sinnvoll dargestellt werden. Im Vergleich dazu ergibt die wissenschaftliche Literatur keine generelle Ablehnung von Operationen. Die Evidenz für die untersuchten Eingriffe (Bandscheibenoperation, Dekompression, Fusion) ist meist schwach bis moderat, wobei sowohl konservative als auch operative Verfahren ihre Berechtigung haben. Ein klarer Vorteil der Operation zeigt sich nur in bestimmten Fällen (z.B. neurologische Defizite). Insgesamt entsteht in den Medien häufig ein polemisches Bild, das die öffentliche Meinung maßgeblich beeinflusst. Um die Qualität der Berichterstattung zu verbessern, sind bessere wissenschaftliche Datengrundlagen, strengere journalistische Kriterien und eine engere Zusammenarbeit zwischen Medizin und Journalismus erforderlich. Medizinische Experten sollten unabhängig und evidenzbasiert informieren, um eine ausgewogene öffentliche Diskussion zu fördern
Das Risiko persistierender Luftleckagen nach perkutaner Kryoablation und Mikrowellenablation peripherer Lungentumore
Get PDFZiel.
Das Ziel der vorliegenden Studie ist es, die Inzidenz von PALs nach Kryoablation und MWA von Lungentumoren zu vergleichen, wenn die Ablationszone die Pleura einschließt.
Der primäre Endpunkt war die Inzidenz von PALs innerhalb von 30 Tagen nach jeder Ablationssitzung. Die Definition eines PALs war entweder eine Luftleckage für mehr als 24 Stunden nach Anlage einer Thoraxdrainage oder ein sich vergrößerter postoperativer Pneumothorax (unbeabsichtigt oder beabsichtigt), der eine Thoraxdrainage erforderlich machte. Eine Luftleckage nach Anlage einer Thoraxdrainage wurde als Vorhandensein von Luftblasen in der Wasserschlosskammer des Thoraxdrainagesystems definiert. Ein Pneumothorax wurde als vergrößert eingestuft, wenn aufeinanderfolgende Röntgenaufnahmen des Brustkorbs ergaben, dass ein bereits bestehender Pneumothorax an Größe zugenommen hatte. Die Kriterien für die Anlage einer Thoraxdrainage an beiden Institutionen waren ein mittelgroßer bis großer Pneumothorax oder Atemnot aufgrund eines Pneumothorax.
Sekundäre Endpunkte waren die Verweildauer der Thoraxdrainage, die Dauer des Krankenhausaufenthalts und die Zeit bis zum LTP. LTP wurde definiert als das Wiederauftreten eines Tumors, sofern mindestens eine Kontrastmittel-unterstütze Nachuntersuchung keinen verbleibenden lebensfähigen Tumor am Rand der Ablationszone zeigte.86 Die Zeit bis zum LTP wurde nur für Tumoren analysiert, die mit primärem technischen Erfolg behandelt wurden.
Material und Methoden.
Die lokale Ethikkommission genehmigte die vorliegende, den Vorgaben des HIPAA (Health Insurance Portability and Accountability Act) entsprechende retrospektive Kohortenstudie. Auf die Einholung einer Einwilligungserklärung zur retrospektiven Datenanalyse der elektronischen Krankenakten sowie der Nachuntersuchungsbildgebung wurde verzichtet.
Die bi-institutionelle retrospektive Kohortenstudie untersuchte konsekutive periphere Lungentumoren, die von 2006 bis 2021 mit Kryoablation oder MWA behandelt wurden. Der von der Ablationszone eingeschlossene Pleurabereich wurde auf CT-Aufnahmen mittels semi-automatisierter Segmentierung quantifiziert. Die Inzidenz von PAL wurde zwischen den Ablationsmethoden verglichen, und ein sparsames multivariates Modell wurde entwickelt, um die Wahrscheinlichkeit von PAL unter Verwendung von generalisierten Schätzgleichungen und gezielter Auswahl vordefinierter Kovariaten zu bewerten. Die Zeit bis zum LTP wurde zwischen den Ablationsmethoden unter Verwendung von Fine-Gray-Modellen verglichen, wobei der Tod als konkurrierendes Risiko berücksichtigt wurde.
Ergebnisse.
Insgesamt wurden 260 Tumore (mittlerer Durchmesser 13,1 mm ± 7,4; mittlerer Abstand zur Pleura 3,6 mm ± 5,2) bei 116 PatientInnen (durchschnittliches Alter 61,1 Jahre ± 15,3; 60 Frauen) und 173 Sitzungen (112 Kryoablationen, 61 MWA) in die Studie eingeschlossen. Nach 25 von 173 Sitzungen (15 %) trat ein PAL auf. Die Inzidenz war nach Kryoablation signifikant niedriger im Vergleich zu MWA (10 [9 %] vs. 15 [25 %]; p = 0,006). Die Wahrscheinlichkeit eines PAL, angepasst an die Anzahl der pro Sitzung behandelten Tumoren, war nach Kryoablation um 67 % niedriger (OR = 0,33 [95 % KI, 0,14–0,82]; p = 0,02) im Vergleich zu MWA. Es gab keinen signifikanten Unterschied in der Zeit bis zum LTP zwischen den Ablationsmethoden (p = 0,36).
Fazit.
Die Kryoablation peripherer Lungentumoren birgt ein geringeres Risiko für PAL im Vergleich zur MWA, wenn die Ablationszone die Pleura einschließt, ohne die Zeit bis zum LTP negativ zu beeinflussen
Molecular Rigidification for Efficient Transition Metal Complex-Based Triplet Emitters
Get PDFTransition metal complexes are promising candidates for optoelectronic applications due to their ability to emit from triplet states. However, non-radiative deactivation pathways often caused by structural distortions between the ground and excited states, quench emission. In this work, we explore molecular rigidification as a strategy to enhance luminescence efficiency in cyclometalated Pt(II), Pd(II), and Ni(II) complexes by tuning second sphere interactions and steric bulk.
Square planar [M(N^C^N)Cl] (M = Pt, Pd, Ni; N^C^N = 1,3-dipyridyl-benzene) complexes with NH-functionalized ligands were synthesized to facilitate intramolecular hydrogen bonding. Structural analysis confirmed distorted square planar geometries and hydrogen bonding interactions, and DFT calculations revealed minimal reorganization between the ground and triplet excited states. While Pt(II) complexes exhibited intense phosphorescence in solution at 298 K, Pd(II) analogues remained non-emissive at 298 K, indicating that rigidification alone was insufficient to suppress non-radiative decay. In Ni(II) complexes, elongated Ni–N bonds in the excited state were observed, and emission studies confirmed structured phosphorescence. However, transient absorption spectroscopy suggested that the excited state absorptions were ligand-centered and short-lived, with potential decomposition pathways complicating the photophysical analysis.
To optimize photoluminescence, chloride coligands were replaced with phenoxide (OPh–), strengthening hydrogen bonding (M–O···H−N), but further studies are needed to assess the impact on emission. To distinguish steric from hydrogen bonding effects, benzyl-substituted analogues of [M(N^C^N)Cl] (M = Pt, Pd, Ni), instead of NHR functionalities in the earlier complexes were synthesized. X-ray diffraction revealed steric-induced distortions, particularly in Ni(II). Pt(II) complex displayed room-temperature phosphorescence, forming emissive aggregates in polymer matrices, while Pd(II) and Ni(II) complexes were only emissive at 77 K.
Further modifications introduced electron-donating (Me) and electron-withdrawing (F or Cl) substituents on different positions of the N^C^N ligand framework, revealing ··· interactions. Pt(II) complexes exhibited highly efficient triplet emission (quantum yields up to 0.97 at 298 K), whereas Pd(II) and Ni(II) complexes showed weak luminescence at 77 K due to metal-centered deactivation.
Lastly, incorporating quinoline units into the NCN ligand backbone in [M(LQu)Cl] (M = Pt, Pd, Ni; LQu = bis(2-pyridyl)/2-quinolyl)benzene) complexes induced minimal structural reorganization in Pt(II) but increased reorganization in Pd(II) and Ni(II) derivatives. This modification subtly red shifted absorption bands, highlighting its influence on electronic and photophysical properties.
Overall, this study demonstrates that both second sphere interactions and steric bulk influence structural rigidity and emission properties, with implications for designing next generation triplet emitters
Exploring Microbial Dynamics: Cercozoan Algivory in Polar Biocrusts
Get PDFBiological soil crusts (hereafter biocrusts) dominate polar landscapes, where cyanobacteria and microalgae drive primary production in the absence of higher plants. However, the structure and functioning of biocrust food webs remain poorly understood, particularly regarding microbial predators that regulate algal populations and influence nutrient cycling. This study investigated the role of cercozoans as algivorous predators in polar biocrusts, combining network analyses, trait-based approaches, and experimental validation to assess their trophic interactions.
Using FlashWeave and HMSC, we inferred microbial interaction networks, revealing consistent predator-prey associations between cercozoans and microalgae across distinct polar regions. While FlashWeave enabled high-throughput detection of putative interactions, HMSC incorporated environmental covariates and hierarchical dependencies, refining our understanding of species co-occurrence and co-abundance patterns. FlashWeave and the trait-based approach revealed that only 4.7 to 9.3% of these correlations linked cercozoans to suitable algal prey. HMSC yielded similar numbers, with 7.5% found with co-occurrence and 4.8% with co-abundance networks. These network-based predictions were experimentally tested through co-culture feeding assays, which confirmed predation in 82% of tested interactions. Collectively, these results highlight the value of network analyses for inferring predator-prey interactions while underscoring the need for cautious interpretation of microbial association patterns. They also reinforce the importance of integrating trait-based approaches to enhance the accuracy and reliability of predicted biological interactions.
Beyond direct predation, cercozoans likely contribute to nutrient cycling, facilitating carbon and nitrogen fluxes through microbial food webs. However, their predatory roles might be shaped by prey defences, resource availability, and competitive interactions with other microbial grazers, underscoring the complexity of biocrust trophic networks. While our findings establish cercozoans as key microalgal consumers, further research is needed to quantify their in situ ecological impact and interactions with other biotic and abiotic factors.
This study provides critical insights into microbial predator-prey dynamics in polar soils, laying the foundation for future research on microbial food webs in extreme environments. By integrating network ecology, trait-based functional classification, and experimental approaches, we contribute to a broader understanding of microbial community structuring and the ecological significance of protistan predation in terrestrial ecosystems
Mentalizing and Perspective Taking in Autistic Adults – Probing Speech Intonation, Eye Gaze and Free Indirect Discourse
Get PDFAutistic adults with average intelligence show difficulties in mentalizing and perspective taking, particularly in tasks relying on nonverbal cues or in implicit tasks. This dissertation aims to refine our understanding of these difficulties by identifying perceptual communicative abilities that may be preserved. Two experimental paradigms were employed: (i) Studies 1a–c investigated the use of nonverbal prominence cues (gaze duration towards an object and intonation of an utterance denoting the respective object) in inferring the importance of objects to a virtual character; (ii) Study 2 examined the perception of Free Indirect Discourse (FID) in short written stories, a phenomenon assumed to involve implicit perspective taking. Studies 1a–c revealed that both autistic and non-autistic participants rated objects as more important to the virtual character when associated with longer gaze duration or higher pitch accent. Three subgroups with different response strategies were identified: “Lookers” (primarily influenced by the gaze cue), “Listeners” (primarily influenced by the intonation cue), and “Neithers” (not influenced by either cue). Compared to the non-autistic group, the autistic group took gaze duration into account to a greater extent than intonation. Study 2 found that both groups rated the target sentences similarly in terms of naturalness. Specifically, (i) sentences including FID were rated as less natural than those without FID, and (ii) FID sentences anchored to the less prominent of two protagonists were rated as less natural than those anchored to the more prominent one. The findings suggest that autistic adults effectively use both nonverbal and verbal cues for perspective taking in these controlled tasks. Differences in cue preference may reflect alternative, possibly more systematic, strategies. While the tasks’ structured nature limits ecological validity, the results contribute to a more nuanced view of mentalizing in autism and call for future studies using more naturalistic designs
Observational Climatology of Dust Activity in the Atacama Desert
Get PDFArid and semi-arid regions are sources of mineral-dust aerosols, but very little is known about dust activity in the arid Atacama Desert. These dust aerosols have implications for human life and the climate system. By absorbing and scattering radiation, they affect the Earth’s radiation budget. The dust aerosols act as cloud condensation nuclei and ice nucleating particles for clouds and, fertilise terrestrial and marine ecosystems. In the Atacama Desert, the dust aerosols have the potential to influence the formation, lifetime and composition of the prominent stratocumulus clouds and fog, and, on deposition, they can impact the biogeochemical cycle of the upwelling waters offshore. However, despite its importance, only global studies of the dust cycle in the Atacama Desert exist with significant uncertainties regarding the dust emission rates. This thesis provides the first quantitative assessment of the dust activity in the Atacama. Dust reports and meteorological data from ground-based observations spanning 72 years (1950-2021) were analysed. 1920 dust days were recorded, with less than 10% dust storms. The mean threshold wind speed for at least 5% of dust event-occurrence is 10.9±1.6 m/s which is twice as large as the values in the Taklamakan, Western Sahel, and Sudan, and consistent with the perceived infrequent dust activity despite the exceptional aridity.
The threshold wind speed depends on the soil properties such as particle size distribution, soil composition and soil moisture and, surface characteristics such as surface roughness and vegetation. Therefore, using the Portable in situ Wind Erosion Lab (PI-SWERL), the dependence of the threshold wind speed given soil surface conditions in the Atacama was analysed. It is found that the mean threshold wind speeds required for dust emission over crusted surfaces are nearly twice that of disturbed surfaces where crusts were removed, indicating the role of surface crusts in controlling the dust emission potential. The maximum dust concentration measured at the lowest friction velocity is almost an order of magnitude higher from disturbed surfaces than crusted surfaces. The thresholds from the ground-based observations were validated against the in-situ measurements from the undisturbed crusted surfaces. An agreement between the station estimates and the in-situ values at Chuculay is found, but the station estimates are higher than those measured at Pisagua. This is because the surfaces are very heterogeneous, even locally, making it difficult to constrain the threshold wind speeds. Nevertheless, these results show that very high wind speeds are required to trigger dust emission from the crusted desert surfaces in the Atacama.
On investigating the meteorological processes that drive dust activity, the study that the dust activity is connected to the thermal wind circulation in the Atacama. The dust activity peaks just before the wind maximum, suggesting the possibility of dry convection driving the diurnal cycle of dust. The dustiest station, Chañaral, recorded most dust events in the summer (DJF) in agreement with several global aerosol models. However, a winter-spring maxima was found at other stations. This was also observed for dust storms, as 70% of the dust storms were recorded in the winter and spring. 42% of the dust storms were recorded in Calama. Dust storms usually require sufficiently large pressure gradients to generate high wind speeds for dust emission and transport. Hence, ERA5 reanalysis data was visually inspected to identify the synoptic weather patterns associated with dust storms. The analysis revealed that more than half of the dust storms in the Atacama were associated with mid-tropospheric troughs and their surface lows (54.6%), 22.3% with cut-off lows, 8.5% each with intense anticyclones and coastal lows and 6.1% with ridges. Composite analysis of the wind speeds during dust storms shows that these synoptic weather patterns induce wind speeds that are well above the climatological mean at the station, and at times, it is the uncharacteristic direction that the wind blows from that triggers dust storms in the Atacama
Antibiotikatherapien bei Hospitalisation – Analyse von Prädiktoren auf PatientInnenebene sowie Score-basierte Risikoabschätzung (PILGRIM-Score)
Get PDFBakterielle Antibiotikaresistenzen (AMR) werden von der Weltgesundheitsorganisation (WHO) zu den zehn größten globalen Gesundheitsbedrohungen gezählt. In einer aktuellen Studie wurde geschätzt, dass 2019 weltweit etwa 5 Millionen Todesfälle mit AMR in Zusammenhang standen und rund 1,3 Millionen Todesfälle direkt auf AMR zurückzuführen sind. Ursächlich für die zunehmende Resistenzentwicklung sind vor allem der inadäquate Einsatz sowie unverhältnismäßig hohe Verbrauch von Antibiotika in der Veterinär- und Humanmedizin. Gleichzeitig sind die vorhandenen, neu zugelassenen oder sich in der klinischen Entwicklungsphase befindlichen antimikrobiellen Agenzien unzureichend bei der Bekämpfung der wachsenden Bedrohung durch AMR. Dies unterstreicht einen Bedarf an neuen antiinfektiven Behandlungsstrategien. Zur Verringerung der Resistenzentwicklung wurden nationale sowie internationale Strategien zur Koordinierung sektorenübergreifender Maßnahmen entwickelt. Hierzu zählen auch sogenannte Antimicrobial Stewardship (AMS) Initiativen, welche durch verschiedene Maßnahmen die Qualität der Antibiotikaverordnungen zu verbessern versuchen. Die Wirksamkeit von AMS ist durch zahlreiche Studien belegt. Um AMS-Studien sowie -Maßnahmen durchführen zu können, ist die Identifizierung von Risikokollektiven im Krankenhaus eine wichtige Voraussetzung. PatientInnen-individuelle Faktoren für die Prädiktion einer späteren Antibiotikatherapie nach Krankenhausaufnahme sind bisher jedoch wenig untersucht. Die genauere Analyse möglicher Risikofaktoren und Entwicklung eines Prädiktionsmodells soll Ziel dieser Arbeit sein. Die vorliegende statistische Analyse wurde im Rahmen der internationalen, multizentrischen und prospektiven Kohortenstudie Impact of Prescription Quality, Infection Control and Antimicrobial Stewardship on Gut Microbiota Domination by Healthcare-Associated Pathogens (PILGRIM) durchgeführt (NCT03765528, ClinicalTrials.gov). Ziel der übergreifenden PILGRIM-Studie ist die Untersuchung des Einflusses (nicht-adäquater) Antibiotikatherapien auf das enterische Mikrobiom und der Begünstigung von Resistenzentwicklung. Insgesamt wurden von 2019 bis 2022 an 10 Studienzentren in 6 verschiedenen Ländern gezielt PatientInnen rekrutiert, die nach Einschätzung der StudienärztInnen bei stationärer Krankenhausaufnahme ein hohes Risiko für eine antibiotische Therapie im Verlauf besaßen. Zur Identifikation von Risikofaktoren für eine Antibiotikatherapie in der PILGRIM-Kohorte wurden die erfassten Variablen hinsichtlich ihrer Korrelation mit zukünftigen Antibiotikaverschreibungen analysiert. In zahlreichen Iterationen multivariabler Regressionsmodelle wurde im Folgenden eine Auswahl an besonders aussagekräftigen Variablen getroffen. Auf Basis dieser Auswahl wurden variablenspezifische Gewichtungen berechnet und anschließend der PILGRIM-Score zur Prädiktion zukünftiger Antibiotikatherapien entwickelt. Die basisdemographischen Daten des Datensatzes zeigten sich insgesamt ausreichend balanciert und normalverteilt. Rund 35% aller PatientInnen wurden in Hämato-onkologischen Abteilungen rekrutiert. Obwohl die Rekrutierung mit dem Ziel erfolgte, möglichst viele Antibiotikatherapien im Verlauf beobachten zu können, erhielten nur knapp die Hälfte aller rekrutierten PatientInnen auch tatsächlich eine antibiotische Therapie. Als signifikante Risikofaktoren konnten herausgestellt werden: Männliches Geschlecht, Alter unter 70 Jahren, bestimmte behandelnde Abteilungen, alle Aufnahmen, die nicht für elektive Operationen bestimmt sind, vergangene Hospitalisierungen oder Antibiotikaeinnahmen, Einnahme von immunsupprimierenden Medikamenten oder jenen, die den gastralen pH anheben sowie hämatologische Malignome. Das beste logistische Regressionsmodell aus den identifizierten Risikofaktoren erreichte in der Validierung eine Sensitivität 50%, eine Spezifität von 88%, einen positiven prädiktiven Wert (PPV) von 75% und einen negativen prädiktiven Wert (NPV) von 70% bei einer Fläche unter der Kurve (Area under the curve, AUC) von 75%. Der darauf aufbauende finale Pilgrim-Score besteht aus vier Variablen mit jeweils individueller Gewichtung und einem Maximalwert von zehn Punkten: Hämatologische Malignome (fünf Punkte), immunsupprimierende Medikation (zwei Punkte), geplante elektive Operation (zwei Punkte) und vergangene Hospitalisierung (ein Punkt). Das Modell erreichte hiermit eine Prädiktionsleistung von 92% Spezifität, 41% Sensitivität, 78% im PPV und 69% im NPV bei einem Schwellenwert von 60% (sechs Punkte) in der Validierung. Arbeiten, die ein ähnliches Modell zur Prädiktion von Antibiotikatherapien beschreiben, konnten nicht gefunden werden. Insgesamt analysieren nur sehr wenige Publikationen explizit Risikofaktoren für Antibiotikatherapien. Die meisten identifizierten Risikofaktoren und finalen Variablen des Pilgrim Scores konnten in der Literatur jedoch zumindest als Risikofaktoren für spätere Infektionen oder beispielsweise ein schlechteres Outcome identifiziert werden und somit wissenschaftlich erklärt werden. Insgesamt limitierend sind der hohe Anteil hämato-onkologischer PatientInnen in der Kohorte, eine damit einhergehende Dokumentationsbias, sowie Multikollinearität zwischen den finalen Variablen. Der entwickelte Score demonstriert dennoch eine solide Prädiktionsleistung und kann zukünftig helfen, PatientInnen unter einem hohen Risiko für Antibiotikatherapien zu Präventions- oder Studienzwecken zu identifizieren. In einem nächsten Schritt könnte der PILGRIM-Score noch mit weiteren Parametern wie Labor- oder Vitalwerten ergänzt oder auf einem externen Datensatz validiert werden
Exploration of Causative Genetic Determinants for Neurodevelopmental Disorders in a Pakistani Population
Get PDFSimulation studies of cortical microcircuitry incorporating multiple interneuron types and astrocytes
No full textThe cerebral cortex is the center in the mammalian brain for high-level information processing and integration, which are supported by highly differentiated neurons and glial cells. To study cortical signal processing on the cellular level, methods such as microelectrode techniques are used to directly collect data from living cells. However, in such studies the quantity of sampled cells and the extent of manipulation (e.g., stimulation) in each experiment are limited. It is therefore necessary to complement experimental studies with computational models, which enable the systematic analysis of hypothetical neuronal networks and thereby provide testable predictions and directions for experiments. Such computational studies need models that are realistic but generalizable and efficient for simulation, as well as tools for standardized and reproducible model implementations.
In this thesis, we develop computational models to study inhibitory interneurons and astrocytes in the cerebral cortex. Cortical interneurons differentiate to form molecularly distinguishable groups that show different inhibitory functions. Due to their diversity, it has been challenging to incorporate them in models of multi-layer cortical circuits for a systematic study. For this purpose, we developed a cortical column model incorporating three major interneuron subtypes with biologically plausible parameters based on experimental data of rodent somatosensory cortex. We incorporate synaptic short-term plasticity of the interneurons in our model and examine its role in network dynamics. The simulation results show that the short-term plasticity can modify population responses to transient cell-type-specific external inputs, likely by shifting the balance between inhibitory pathways. We also implement a somatosensory input based on touch-evoked thalamic activity in vivo and examine the induced cortical cell-type-specific responses in our model. We find that simulations with the original model partly reproduce the in vivo data, whereas slight adjustment of a few model parameters leads to a further improved match with the experimental results.
The computational study of astrocytes has established models that describe experimentally observed astrocytic dynamics. To study large-scale neuron-astrocyte interactions, however, simulation tools compatible with high-performance computing are required. To fill this gap, we developed a set of standardized simulation methods based on existing astrocyte models and glutamatergic neuron-astrocyte interactions. In this development, we further introduced a new algorithm for building tripartite neuron-astrocyte connections. This algorithm is compatible with common connectivity rules in neuronal networks and includes parameters to define various neuron-astrocyte connectivity schemes. We verify the efficiency of our implementation with performance benchmarks and validate its scientific use with a simulation study to reproduce an experimentally observed astrocyte-promoted neuronal synchrony. The results show a good simulation performance with parallel computing and an astrocytic effect robust against changes in connectivity pattern and network activity. Our development supports efficient and reproducible simulations of large-scale neuron-astrocyte networks.
In conclusion, the results of our work predict network dynamics in the presence of interneuron subtypes and astrocytes. These results can be further explored by experiments and extensions of our models. Through the developed models and software, our work brings new tools for future studies in the same direction to discover functions of the associated cell diversities in the brain