×
俞卓军;彼得·托马斯。

与简单电机系统耦合的半中心振荡器中感官反馈的动力学后果。 （英语） Zbl 1467.92049号

生物、网络。 115，编号2，135-160（2021）.
小结：我们研究了一个简单的运动模式生成模型，该模型结合了中央模式发生器（CPG）动力学和感觉反馈（FB）机制。我们的CPG由一个半中心振荡器和基于电导的Morris-Lecar模型神经元组成。根据实验数据，CPG的输出通过生物力学驱动推挽电机系统。肌肉的感觉反馈电导可以调节CPG活动。我们考虑了孤立CPG系统具有“逃逸”或“释放”动力学的参数，并研究了抑制和兴奋反馈电导。我们发现，相对于CPG电导，增加FB电导使系统对外部扰动更具鲁棒性，但更容易受到内部噪声的影响。相反，相对于FB电导增加CPG电导具有相反的效果。我们发现，与“开环”系统相比，具有适当感官反馈的“闭环”系统表现出更丰富的行为曲目，运动完全由CPG动力学决定。此外，我们发现纯反馈驱动的运动模式，类似于链式反射，只发生在抑制介导的系统中。最后，对于具有抑制介导的感觉反馈的模式生成系统，我们发现在存在内部噪声的情况下，逃逸介导和释放介导的CPG机制之间的区别减小了。我们的观察支持神经运动生理学的反还原主义观点：理解鲁棒运动控制的机制不仅需要孤立地研究中央模式发生器电路，还需要研究完整的闭环系统作为一个整体。

引用于2文件

MSC公司：

92C20美元 神经生物学

软件：

MATCONT公司
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用
\textit｛Z.Yu｝和\textit｛P.J.Thomas｝，生物学。赛博。115，编号2，135-160（2021；兹bl 1467.92049）
全文： 内政部 链接

参考文献：

[1] 安德森，DF；Ermentrout，B。；Thomas，PJ，离子通道动力学的随机表示和神经元动力学的精确随机模拟，计算机神经科学杂志，38，1，67-82（2015）·Zbl 1409.92027号
[2] Bässler，U.，《关于中央模式发生器及其感觉控制的定义》，Biol Cybern，54，1，65-69（1986）
[3] Ben-Tal，A。；Smith，JC，《哺乳动物呼吸控制模型：神经动力学与外周气体交换和运输的耦合》，《Theor Biol杂志》，251，3，480-497（2008）·Zbl 1398.92051号
[4] Ben-Tal，A。；Tawhai，MH，呼吸系统调节和功能建模的综合方法，Wiley Interdiscip Rev Syst Biol Med，5，6，687-699（2013）
[5] Ben-Tal，A。；Wang，Y。；Leite，MCA，呼吸模式神经控制背后的逻辑，科学代表，9，1，1-19（2019）
[6] Borisyuk，GN；博里修克，RM；科布尼克，AI；Roose，D.，具有不同连接类型的两个耦合神经振荡器的动力学和分岔，《公牛数学生物学》，57，6，809-840（1995）·Zbl 0836.92004号
[7] Brown，TG，关于神经中枢基本活动的性质；《生理学杂志》，48，1，18-46（1914）
[8] Brown，TG，哺乳动物进展过程中的内在因素，Proc R Soc Lond Ser B，84572308-319（1911）
[9] 小RJ Butera；Rinzel，J。；Smith，JC，前Bötzinger复合体I起搏神经元的呼吸节律生成模型，神经生理学杂志，82，1，382-397（1999）
[10] Butera RJ Jr，Rinzel J，Smith JC（1999）Bötzinger前复合体呼吸节律生成模型。二、。耦合起搏器神经元的数量。神经生理学杂志82（1）：398-415
[11] Chiel HJ（2007）海兔饲养生物力学。学术媒体2（9）：4165
[12] 基尔，HJ；Beer，RD，《大脑有一个身体：适应行为产生于神经系统、身体和环境的相互作用》，《神经科学趋势》，20，12，553-557（1997）
[13] 克雷斯皮，A。；拉查特，D。；Pasquier，A。；Ijspeert，AJ，使用中央模式生成器控制鱼类机器人的游泳和爬行，《自动机器人》，25，1-2，3-13（2008）
[14] Daun，S。；JE鲁宾；Rybak，IA，《半中心中心模式发生器中振荡周期和相位持续时间的控制：比较机制分析》，《计算神经科学杂志》，27，1，3（2009）
[15] Dhooge，A。；Willy Govaerts，YA；库兹涅佐夫，HGEM；Sautois，B.，动力学系统分岔分析软件matcont的新特性，数学计算模型Dyn Syst，14，2，147-175（2008）·Zbl 1158.34302号
[16] 科罗拉多州迪克曼；PJ托马斯；Wilson，CG，闭环呼吸控制模型中的呼吸急促、呼吸急促和自动复苏，神经生理学杂志，118，4，2194-2215（2017）
[17] Diekman CO、Thomas PJ、Wilson CG（2018）使用动态钳对闭环呼吸控制模型进行实验验证。参加：2018年IEEE医学和生物学会（EMBC）第40届国际工程年会。IEEE，第5273-5276页
[18] 迪茨，V。；齐杰斯特拉（W.Zijlstra）。；Duysens，J.，分腿运动过程中人类神经元的肢间协调，实验脑研究，101，3，513-520（1994）
[19] 鲁谢尔，RF；诺伊斯塔特，DM；赫维茨，I。；克拉戈，体育；Chiel，HJ，加州海兔颊块的运动学模型，实验生物学杂志，201，10，1563-1583（1998）
[20] 鲁谢尔，RF；萨顿，普通合伙人；诺伊斯塔特，DM；电动汽车Mangan；亚当斯，BW；克雷戈，体育；Chiel，HJ，加利福尼亚海兔吞咽的放射中心和齿根中心运动模型，实验生物学杂志，205，14，2029-251（2002）
[21] Ermentrout，GB；Terman，DH，《神经科学数学基础》（2010），柏林：施普林格出版社，柏林·Zbl 1320.92002年
[22] Ferree TC，Lockery SR（1999）线虫趋化性的计算规则。计算机神经科学杂志6（3）：263-277·Zbl 0926.92014号
[23] Flor KC、Barnett WH、Karlen-Amarante M、Molkov Y、Zoccal DB（2019）大鼠体内bötzinger复合物对主动呼气的抑制控制。生物Rxiv
[24] 弗里贡，A。；Desrochers，埃及。；Thibaudier，Y。；赫尔托，M-F；Dambreville，C.，慢性脊椎成年猫分腿运动期间从简单到极端条件下的左右协调，《生理学杂志》，595，1，341-361（2017）
[25] Gesslbauer，B。；路易斯安那州Hruby；罗氏，AD；Farina，D。；Blumer，R。；Aszmann，OC，支配人类手臂的神经轴突成分，Ann Neurol，82，3，396-408（2017）
[26] Gill Jeffrey P，Chiel Hillel J（2020）通过有序募集已识别的运动神经元，快速适应不断变化的机械负荷。埃内罗。doi:10.1523/ENEURO.0016-2020年
[27] Golubitsky，M。；Stewart，I.，《多输入动态平衡》，SIAM J Appl Dyn Syst，17，2，1816-1832（2018）·Zbl 1395.92067号
[28] Golubitsky，M。；I.斯图尔特。；Buono，P-L；柯林斯，JJ，《运动中枢模式发生器和动物步态的对称性》，《自然》，401，6754，693-695（1999）
[29] 地面，FS；六月，B。；Bart，AJ，呼吸控制系统的数学分析和数字模拟，《应用物理学杂志》，22，2，260-276（1967）
[30] Guertin，PA，哺乳动物运动中枢模式发生器，《大脑研究评论》，62，1，45-56（2009）
[31] 哈里斯·沃里克，RM；科恩，AH，血清素调节分离七鳃鳗脊髓运动的中央模式发生器，实验生物学杂志，116，1，27-46（1985）
[32] 赫维茨，I。；诺伊斯塔特，D。；DW莫顿；基尔，HJ；Susswein，AJ，加州海兔正常进食运动期间支配颊块I2肌肉的B31/B32模式启动子的活动模式，神经生理学杂志，75，4，1309-1326（1996）
[33] Ijspeert，AJ，动物和机器人运动控制的中央模式生成器：综述，神经网络，21，4642-653（2008）
[34] Ijspeert AJ，Crespi A（2007）使用类似七鳃鳗的中央模式生成器模型在两栖蛇机器人中在线生成轨迹。收录：2007年IEEE机器人与自动化国际会议论文集。IEEE，第262-268页
[35] Izquierdo EJ，Beer RD（2013）《连接体与行为：秀丽线虫趋化性神经解剖学模型的集合》。公共科学图书馆计算生物学9（2）：e1002890
[36] Kehl CE、Wu J、Lu S、Neustadter DM、Drushel RF、Smoldt RK、Chiel HJ（2019）《软表面抓取：加利福尼亚海兔的辐板开口》。《实验生物学杂志》222（16）：jeb191254
[37] Kuo，AD，前馈和反馈在节奏运动控制中的相对作用，运动控制，6，2，129-145（2002）
[38] 库兹涅佐夫，Y.，《应用分叉理论的要素》（2004），纽约：施普林格出版社，纽约·Zbl 1082.37002号
[39] 卢，H。；麦克马纳斯，JM；卡尔林斯，MJ；Chiel，HJ，《为后续行为做好外围准备：海兔咬伤时的运动神经元活动产生的力很小，但在吞咽时准备收缩肌产生更大的力》，《神经科学杂志》，35，12，5051-5066（2015）
[40] Lyttle，DN；吉尔，JP；肖，KM；PJ托马斯；Chiel，HJ，多功能运动控制模型中的鲁棒性、灵活性和灵敏度，Biol Cybern，111，1，25-47（2017）
[41] 曼弗雷迪，L。；阿萨夫，T。；Mintchev，S。；马拉扎，S。；卡潘蒂尼，L。；Orofino，S。；阿斯卡里，L。；Grillner，S。；Wallén，P。；埃克伯格。，仿生自主游泳机器人作为研究目标导向运动的工具，Biol Cybern，107，5，513-527（2013）
[42] Maturana HR，Varela FJ（1980）《自生与认知：生活的实现》，《波士顿科学哲学研究》第42卷。D.Reidel Publishing Company，波士顿
[43] 麦克马努斯·杰弗里，M。；惠、鲁；Chiel Hillel，J.，《加州海兔生理运动诱发和记录喂食运动程序的体外准备》，JoVE，70，e4320（2012）
[44] 孟，L。；加利福尼亚州麦克劳德；波尔，B。；Gollee，H.，基于人类运动分析的双足机器人行走控制，Biol Cybern，112，3，277-290（2018）·兹比尔1401.93144
[45] 莫尔科夫，YI；北美谢夫佐娃；帕克，C。；Ben-Tal，A。；史密斯，JC；JE鲁宾；Rybak，IA，《呼吸系统的闭环模型：关注高碳酸血症和主动呼气》，《公共科学图书馆·综合》，9，10，e109894（2014）
[46] 莫里斯，C。；Lecar，H.，藤壶巨肌纤维中的电压振荡，生物物理学J，35，1，193-213（1981）
[47] DW莫顿；Chiel，HJ，产生舌片运动的运动神经元的活动时间区分海兔的摄入和排斥，《复合生理学杂志》A，173，5，519-536（1993）
[48] 诺伊斯塔特，DM；鲁谢尔，RF；Chiel，HJ，基于磁共振成像的完整、有行为能力的加州海兔吞咽过程中口腔肿块的运动学，实验生物学杂志，205，7939-958（2002）
[49] 诺伊斯塔特，DM；鲁谢尔，RF；克拉戈，体育；亚当斯，BW；Chiel，HJ，基于齿根/齿根运动学和体内磁共振图像的加州海兔吞咽运动模型，《实验生物学杂志》，205，20，3177-3206（2002）
[50] Neustadter David，M。；赫尔曼·罗伯特。；Drushel Richard，F。；Chestek David，W。；Chiel Hillel，J.，《多功能运动学：加州海兔咬伤和吞咽的比较》，实验生物学杂志，210，2，238-260（2007）
[51] 弗吉尼亚州诺瓦科维奇；萨顿，普通合伙人；诺伊斯塔特，DM；啤酒，RD；Chiel，HJ，《机械重构对加州海兔吞咽和排斥反应的调节》，《计算机生理学杂志》A，192，8，857（2006）
[52] Pearson KG（1985）昆虫的行走和飞行是否有中央模式发生器？In：无脊椎动物和脊椎动物的反馈和运动控制。施普林格，第307-315页
[53] Pu Shusen；Thomas Peter，J.，《随机霍奇金-霍克斯利动力学的快速准确朗之万模拟》，神经计算，32，10，1775-1835（2020）·Zbl 1453.92060号
[54] Rinzel，J。；Ermentrout，GB，《神经兴奋性和振荡分析》，《神经模型方法》，2251-292（1998）
[55] Schroer RT、Boggess MJ、Bachmann RJ、Quinn RD、Ritzmann RE（2004）《比较蟑螂和whegs机器人的身体运动》。2004年IEEE机器人和自动化国际会议。诉讼程序。ICRA’04。2004年，第4卷。IEEE，第3288-3293页
[56] Shaw Kendrick，医学博士。；Lyttle David，N。；吉尔·杰弗里，P。；Cullins Miranda，J。；麦克马努斯·杰弗里，M。；Hui，L。；托马斯·彼得（J.Thomas Peter）。；Chiel Hillel，J.，《节律行为期间机械负荷适应性反应的动态结构重要性》，《计算神经科学杂志》，38，1，25-51（2015）·Zbl 1409.92020号
[57] 斯金纳，FK；北卡罗来纳州科佩尔。；Marder，E.，交互抑制模型神经网络中的振荡和频率控制机制，《计算神经科学杂志》，1，1-2，69-87（1994）·兹比尔0838.92002
[58] 斯金纳，FK；Turrigiano，GG；Marder，E.，振荡神经元和双细胞网络的频率和爆发持续时间，Biol Cybern，69，5-6，375-383（1993）·Zbl 0800.92067
[59] JC史密斯；埃伦伯格，HH；巴拉尼，K。；里希特，DW；Feldman，JL，Pre-Botzinger复合体：可能在哺乳动物中产生呼吸节律的脑干区域，《科学》，254，5032，726-729（1991）
[60] 萨默斯，D。；Kopell，N.，通过快速阈值调制实现快速同步，Biol Cybern，68，5，393-407（1993）
[61] Song，S。；Geyer，H.，《强调脊髓反馈的神经回路会产生人类运动的各种行为》，《生理学杂志》，593，16，3493-3511（2015）
[62] Song，S。；Geyer，H.，《使用干扰实验评估神经机械行走控制模型》，《前沿计算神经科学》，11，15（2017）
[63] Song，S。；Geyer，H.，预测性神经力学模拟表明了步行能力为什么会随着年龄的增长而下降，《生理学杂志》，596，7，1199-1210（2018）
[64] 稀疏，LE；标记，序号；北美谢夫佐娃；BI普里卢茨基；爱荷华州里巴克；Rubin，JE，运动神经力学模型中传入控制的动力学系统分析：I，节律生成。神经工程学杂志，8，6，065003（2011）
[65] 稀疏，LE；标记，序号；北美谢夫佐娃；BI普里卢茨基；爱荷华州里巴克；Rubin，JE，运动神经力学模型中传入控制的动力学系统分析：II，相位不对称。神经工程杂志，8，6，065004（2011）
[66] 萨顿，普通合伙人；梅克宁，JB；加特曼，SS；Sunny，GP；啤酒，RD；克拉戈，体育；诺伊斯塔特，DM；Chiel，HJ，海兔摄食器中的被动铰链力有助于咬合时的回缩，但不利于吞咽，《复合生理学杂志》A，190，6，501-514（2004）
[67] 萨顿，普通合伙人；曼根，电动汽车；诺伊斯塔特，DM；啤酒，RD；克拉戈，体育；Chiel，HJ，《神经控制》，利用不断变化的机械优势和环境依赖性在海兔中产生不同的喂食反应，Biol Cybern，91，5，333-345（2004）·Zbl 1095.92018年
[68] 王，X-J；Rinzel，J.，《相互抑制模型神经元的交替和同步节律》，Neural Comput，4，1，84-97（1992）
[69] Wang Y，Gill JP，Chiel HJ，Thomas PJ（2021）形状与时间：瞬时和静态扰动下具有硬边界的极限环的线性响应。SIAM J应用动态系统（出版中）。arXiv预打印arXiv:1906.04387
[70] Webster-WVA、Gill JP、Thomas PJ、Chiel HJ（2020）《多功能控制：基于加州海兔摄食的生物启发控制》。arXiv预打印arXiv:2008.04978·Zbl 1460.92015年
[71] 白色，JA；鲁宾斯坦，JT；Kay，AR，神经元中的通道噪声，《神经科学趋势》，23，3，131-137（2000）
[72] Norbert W（1948）动物和机器中的控制论或控制与通信。技术出版社
[73] 新泽西州威廉姆斯；Mehlsen，J。；事务，HT；Olufsen，MS，头高位倾斜期间血压调节的最佳控制方法，Biol Cybern，113，1-2，149-159（2019）·Zbl 1411.92075号
[74] Ye，H。；DW莫顿；Chiel，HJ，加州海兔排斥反应中多功能的神经力学，神经科学杂志，26，42，10743-10755（2006）
[75] 俞松年；克拉戈，体育；Chiel，HJ，海兔颊块平滑肌I2的生物力学特性和动力学模拟模型，Biol Cybern，81，5-6，505-513（1999）
[76] 张，C。；Lewis，TJ，半中心振荡器的相位响应特性，计算机神经科学杂志，35，1，55-74（2013）
[77] Zoccal，DB；JN席尔瓦；WH巴奈特；Lemes，EV；Falquetto，B。；科伦巴里，E。；莫尔科夫，YI；莫雷拉，TS；Takakura，AC，梯形后核和面旁呼吸群之间的相互作用，以调节大鼠的主动呼气和交感神经活动，Am J Physiol Lung Cellular Mol Physiol，315，5，L891-L909（2018）
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。