×

Lévy噪声对Fitzhugh-Nagumo模型的影响:最大可能轨迹的观点。 (英语) Zbl 1420.92010年

摘要:本文研究了对称稳定Lévy噪声(非高斯噪声)驱动的FitzHugh-Nagumo神经系统的逃逸路径。现有研究表明,噪声可以使该系统产生对应于状态转换的尖峰脉冲。为了分析Lévy噪声对状态转移的影响,通过记录每一时刻概率密度函数的最大值,得到一个新的统计量,称为最大可能轨迹,用于刻画平衡的逃逸路径,揭示状态转移与噪声强度或Lévy运动指数之间的关系。数值实验表明,对于固定的Lévy运动指数,较大的噪声强度可以促进该神经系统进入兴奋状态。此外,Lévy运动指数对状态转换的影响取决于该神经系统中噪声强度的选择。同时,作为比较,还考虑了布朗运动(高斯噪声)驱动的情况,这表明在某些情况下,Lévy噪声使FitzHugh-Nagumo系统在较短的时间内激发。此外,最大可能轨迹为我们提供了一个新的视角,以证明在FitzHugh-Nagumo模型的随机设置中存在分隔线,并描述了该分隔线中间部分的大致形状。

MSC公司:

92C20美元 神经生物学
60G51型 具有独立增量的过程;Lévy过程
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用
全文: 内政部

参考文献:

[1] 阿普勒巴姆,D.,Lévy过程和随机微积分(2009),剑桥大学出版社·Zbl 1200.60001号
[2] Bauver,M。;福戈斯顿,E。;Billings,L.,计算随机动力系统中的最优路径,混沌,26,8,083101(2016)·Zbl 1378.60096号
[3] Beggs,J.M。;Plenz,D.,《新皮质回路中的神经元雪崩》,神经科学杂志。,23, 35, 11167-11177 (2003)
[4] Bertoin,J.,Lévy Processes(1998),剑桥大学出版社·Zbl 0938.60005号
[5] 布朗,E。;Moehlis,J。;Holmes,P.,《关于神经振荡器群的相位减少和响应动力学》,神经计算。,16, 4, 673-715 (2004) ·Zbl 1054.92006年
[6] 布朗,E。;Moehlis,J。;霍姆斯,P。;克莱顿,E。;Rajkowski,J。;Aston-Jones,G.,尖峰频率和刺激持续时间对去甲肾上腺素能神经元的影响,J.计算机。神经科学。,17, 1, 13-29 (2004)
[7] 蔡,R。;陈,X。;Duan,J。;Kurths,J。;Li,X.,Lévy噪声诱导的兴奋系统逃逸,J.Stat.Mech。,2017, 6, 063503 (2017) ·兹比尔1456.92029
[8] Dannenberg,P.H。;Neu,J.C。;Teitsworth,S.W.,《通过改变相对噪声强度来控制最可能的逃逸路径》,Phys。修订稿。,113, 2, 020601 (2014)
[9] Duan,J.,《随机动力学导论》(2015),剑桥大学出版社·Zbl 1359.60003号
[10] 戴克曼,M。;McClintock,P.V.公司。;斯梅扬斯基,V。;斯坦因,N。;Stocks,N.,噪声驱动系统中大波动的最佳路径和史前问题,Phys。修订稿。,68, 18, 2718 (1992)
[11] FitzHugh,R.,神经膜理论模型中的冲动和生理状态,生物物理学。J.,1,6,445-466(1961)
[12] Franović,I。;Perc,M。;托多罗维奇,K。;Kostić,S。;Burić,N.,具有多个噪声源的可兴奋系统的激活过程:大量单位,Phys。版本E,92,6,062912(2015)
[13] Franović,I。;托多罗维奇,K。;Perc,M。;瓦索维奇,N。;Burić,N.,《具有多个噪声源的可激发系统中的激活过程:一个和两个相互作用单元》,Phys。版本E,92,6,062911(2015)
[14] 弗里德曼,N。;伊藤,S。;Brinkman,B.A。;西蒙诺,M。;德维尔,R.L。;Dahmen,K.A。;Beggs,J.M。;Butler,T.C.,高分辨率神经元雪崩数据中的通用临界动力学,Phys。修订稿。,108, 20, 208102 (2012)
[15] 高,T。;Duan,J。;Li,X.,具有对称Lévy运动的随机动力系统的Fokker-Planck方程,应用。数学。计算。,278,1-20(2016)·2017年10月14日
[16] 高,T。;Duan,J。;李,X。;Song,R.,由Lévy噪声驱动的动力系统的平均退出时间和逃逸概率,SIAM J.Sci。计算。,36、3、A887-A906(2012)·Zbl 1318.60065号
[17] Ghigliazza,R.M。;Holmes,P.,《神经元破裂的最小模型:多重电流、电导和时间尺度如何影响分岔图》,SIAM J.Appl。动态。系统。,3, 4, 636-670 (2004) ·Zbl 1090.34039号
[18] 海曼,M。;Vanden-Eijnden,E.,《非平衡系统中罕见事件的最大可能性途径:剪切作用下成核的应用》,Phys。修订稿。,100, 14, 140601 (2008)
[19] 霍奇金,A.L。;赫胥黎,A.F.,《膜电流的定量描述及其在神经传导和兴奋中的应用》,《生理学杂志》。,117, 4, 500-544 (1952)
[20] 霍姆斯,P.,《数学神经科学的一些乐趣和尝试》,J.非线性科学。,2019年2月24日至242日(2014年)·Zbl 1293.92006年
[21] Horikawa,Y.,Fitzhugh-Nagumo模型中不应期内噪声对尖峰传播的影响,J.Theor。《生物学》,162,1,41-59(1993)
[22] Hutt,A.,加性噪声可能会改变非线性系统的稳定性,EPL,84,3,34003(2008)
[23] Ishimura,K。;施密德,A。;Asai,T。;Motomura,M.,可兴奋FitzHugh-Nagumo神经元单向网络中内部噪声诱导的随机共振,非线性理论应用。IEICE,7,2,164-175(2016)
[24] Izhikevich,E.M.,《神经科学中的动力系统》(2007),麻省理工学院出版社
[25] Jónsdóttir,K.Ý。;罗恩·尼尔森,A。;莫里森,K。;Vedel Jensen,E.B.,《大脑成像中基于Lévy的建模》,Scand。统计,40,3,511-529(2013)·Zbl 1364.62261号
[26] 霍瓦诺夫,I。;Polovinkin,A。;Luchinsky,D.G。;麦克林托克,P.,《可兴奋系统中的噪声诱导逃逸》,Phys。版本E,87,3,032116(2013)
[27] Krupa,M。;Szmolyan,P.,将几何奇异摄动理论推广到二维非双曲点——折叠点和鸭点,SIAM J.Math。分析。,33, 2, 286-314 (2001) ·Zbl 1002.34046号
[28] 李毅。;Xu,Y。;Kurths,J.,《由勒维噪音驱动的倾斜棘轮中粗糙度增强的运输》,Phys。修订版E,96,5052121(2017)
[29] 李毅。;Xu,Y。;Kurths,J。;Yue,X.,Lévy-噪声诱导的粗略三重势输运,Phys。版本E,94,4,042222(2016)
[30] Mishchenko,E.F.,奇摄动系统中的渐近方法(1994),咨询局·Zbl 0947.34046号
[31] Nagumo,J。;Arimoto,S。;Yoshizawa,S.,模拟神经轴突的主动脉冲传输线,Proc。IRE,50,10,2061-2070(1962)
[32] 帕特尔,A。;Kosko,B.,具有莱维噪声的连续和尖峰神经元模型中的随机共振,IEEE Trans。神经网络。,19, 12, 1993-2008 (2008)
[33] Perc,M.,可激发介质中的空间相干共振,物理学。E版,72,1,016207(2005)
[34] Perc,M.,可激发介质中小世界连接性诱导的空间退相干,新物理学杂志。,7, 1, 252 (2005)
[35] Perc,M.,通过心脏起搏器在可兴奋的小世界网络上的随机共振,Phys。版本E,76,6,066203(2007)
[36] Pikovsky,A.S。;Kurths,J.,噪声驱动可激发系统中的相干共振,Phys。修订稿。,78, 5, 775 (1997) ·Zbl 0961.70506号
[37] 罗伯茨,J.A。;Boonstra,T.W。;Breakspear,M.,人类大脑的沉重尾巴,Curr。操作。神经生物学。,31, 164-172 (2015)
[38] 罗伯茨,J.A。;Iyer,K.K。;Finnigan,S。;Vanhatalo,S。;Breakspear,M.,出生时缺氧后人类皮层的无鳞爆裂,神经科学杂志。,34, 19, 6557-6572 (2014)
[39] Samorodnitsky,G。;Taqqu,M.S。;Linde,R.,《稳定非高斯随机过程:具有无限方差的随机模型》,Bull。伦敦。数学。《社会学杂志》,28,134,554-555(1996)
[40] Sánchez-Garduño,F。;克劳斯,A.L。;Castillo,J.A。;Padilla,P.,Turing-hopf《生长域上的图案:圆环和球体》,J.Theor。生物(2018)
[41] Sato,K.-i.,Lévy过程和无限可分分布(1999),剑桥大学出版社·Zbl 0973.60001号
[42] 施瓦格,T。;Fisch,K。;Benda,J。;Lindner,B.,神经元的噪声适应如何形成峰间间隔直方图和相关性,《公共科学图书馆·计算》。生物,6,12,e1001026(2010)
[43] Scott,A.C.,《神经纤维的电物理学》,修订版。物理。,47, 2, 487 (1975)
[44] 谢尔盖夫,A.V。;Segev,B.,分子无辐射跃迁在相空间中的最可能路径,J.Phys。A、 35、7、1769(2002)·Zbl 1015.81034号
[45] Y.塔多科罗。;卡赛,S。;Ichiki,A.,一种新型延迟网络的概念、分析和演示,外部噪声引起的随机共振,Digit。信号处理。,37, 1-12 (2015)
[46] 王,Z。;Xu,Y。;Yang,H.,Lévy噪声在FHN模型中诱导的随机共振,科学。中国科技。科学。,59, 3, 371-375 (2016)
[47] Wu,F。;陈,X。;郑,Y。;Duan,J。;Li,X.,Lévy噪声诱导的基因调控网络的过渡和稳定性增强,Chaos,28,7,075510(2018)·Zbl 1396.92026号
[48] Xu,Y。;冯,J。;徐伟(Xu,W.)。;Gu,R.,带Lévy噪声的Fitzhugh-Nagumo模型中的概率密度跃迁,CMES:Compute。模型。工程科学。,106, 5, 309-322 (2015)
[49] Xu,Y。;李毅。;张,H。;李,X。;Kurths,J.,《带有勒维噪声的基因切换系统中的开关》,《科学》。代表,631505(2016)
[50] Xu,Y。;Zan,W。;贾伟。;Kurths,J.,Lévy白噪声激发的sdes控制方程的路径积分解,J.Compute。物理。,394, 41-55 (2019) ·Zbl 1452.65021号
[51] 张,H。;Yang,T。;徐伟(Xu,W.)。;Xu,Y.,非高斯噪声对三重势系统逻辑随机共振的影响,非线性动力学。,76, 1, 649-656 (2014) ·兹比尔1319.62238
[52] 郑,Y。;塞尔杜科娃,L。;Duan,J。;Kurths,J.,《莱维运动下基因转录调控系统的转变》,科学。代表,629274(2016)
[53] 周,C。;Kurths,J.,热敏神经元Hodgkin-Huxley模型的噪声诱导同步和相干共振,混沌,13,1,401-409(2003)
此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。其项与zbMATH标识符进行启发式匹配,可能包含数据转换错误。在某些情况下,zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献,而不要求完整或完全匹配。