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脉冲耦合混合模式振荡器:团簇状态和极端噪声敏感性。 (英语) Zbl 1390.92012年

小结:受大脑嗅觉系统节律的激励,我们研究了由阈下振荡(STO)和动作电位(“尖峰”)组成的各种类型的混合模式振荡(MMO)的全对全脉冲耦合神经元振荡器的同步。我们特别关注交互延迟的影响。在弱耦合区,我们将系统简化为具有非正弦相位耦合的Kuramoto型方程和相关的Fokker-Planck方程。其线性稳定性分析确定了各种簇状态的出现。它们的类型敏感地取决于脉冲的延迟和宽度。有趣的是,长时间的延迟并不意味着种群节奏缓慢,而新兴集群的数量只是松散地取决于STO的数量。振荡器方程的直接模拟表明,为了定量地符合弱耦合理论,耦合强度和噪声必须非常小。即使是中等的噪声也会导致STO循环的显著跳跃,这可以将福克-普朗克方程中的扩散系数提高两个数量级。引入有效扩散系数大大扩大了一致性范围。Fokker-Planck方程的数值模拟揭示了非线性模式相互作用导致的双稳态和具有振荡阶参数的解。这些在全峰值模型的模拟中得到了证实。{
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参考文献:

[1] 约克·R·A。;康普顿,R.C.,使用相互同步振荡器阵列的准光功率合成,IEEE Trans。微波理论技术。,39, 6, 1000-1009, (1991) ·doi:10.1109/22.81670
[2] Brown,S.L。;约瑟夫,J。;Stopfer,M.,《用时间结构神经表征编码时间结构刺激》,《自然神经科学》。,8, 11, 1568-1576, (2005) ·doi:10.1038/nn1559
[3] 维森菲尔德,K。;科尔特,P。;Strogatz,S.H.,无序约瑟夫逊系列阵列中的同步跃迁,物理学。修订稿。,76, 3, 404-407, (1996) ·doi:10.1103/PhysRevLett.76.404
[4] 张,硕士。;魏德瑞克,G.S。;马尼帕特鲁尼,S。;巴纳德,A。;McEuen,P。;Lipson,M.,《使用光同步微机械振荡器》,Phys。修订稿。,109, 23, 233906, (2012) ·doi:10.1103/PhysRevLett.109.233906
[5] 迈克尔斯特区。;马蒂亚斯,E.P。;Jalife,J.,窦房结起搏器同步的机制:一种新的假设,Circ。物件。,61, 5, 704-714, (1987) ·doi:10.1161/01.RES.61.5.704
[6] 刘,C。;韦弗,D.R。;斯特罗加茨,S.H。;Reppert,S.M.,《昼夜节律钟的细胞结构:视交叉上核的周期测定》,细胞,91, 6, 855-860, (1997) ·doi:10.1016/S0092-8674(00)80473-0
[7] Wang,X.-J.,认知中皮层节律的神经生理学和计算原理,《生理学》。版次:,90, 3, 1195-1268, (2010) ·doi:10.1152/physrev.00035.2008
[8] Buzsaki,G。;Wang,X.-J.,《伽马振荡机制》,年。神经科学评论。,35, 203-225, (2012) ·doi:10.1146/annurev-neuro-062111-150444
[9] Buzsaki,G。;Schomburg,E.W.,关于区域间神经沟通,γ相干性告诉了我们什么?,自然神经科学。,18, 4, 484-489, (2015) ·doi:10.1038/nn.3952
[10] 川村,Y。;Nakao,H。;Arai,K。;Kori,H。;Kuramoto,Y.,全局耦合振子群集体节奏之间的相位同步:噪声相同情况,混沌,20,043109,(2010年)·Zbl 1311.34075号 ·数字对象标识代码:10.1063/1.3491344
[11] Dörfler,F。;Bullo,F.,《相位振荡器复杂网络中的同步:一项调查》,Automatica,50, 6, 1539-1564, (2014) ·Zbl 1296.93005号 ·doi:10.1016/j.automatica.2014.04.012
[12] 罗德里格斯,F.A。;佩隆,T·K·D·M。;吉,P。;Kurths,J.,《复杂网络中的Kuramoto模型》,Phys。代表。,610, 1-98, (2016) ·Zbl 1357.34089号 ·doi:10.1016/j.physrep.2015.10.008
[13] Meng,J.H.和Riecke,H.,“不相关噪声的同步:振荡器网络中的相互节律”,《科学报告》(正在出版)。
[14] Hansel,D。;马托,G。;Meunier,C.,《全局耦合相位振荡器中的聚集和慢开关》,Phys。版次E,48, 5, 3470-3477, (1993) ·doi:10.1103/PhysRevE.48.3470
[15] 西北部Schultheiss。;Butera,R.J.,《神经科学中的相位响应曲线》(2012),斯普林格出版社
[16] Ermentrout,B。;Wechselberger,M.,Canards,集群和弱耦合中间神经元模型中的同步,SIAM J.Appl。动态。系统。,8, 1, 253-278, (2009) ·Zbl 1167.34352号 ·数字对象标识代码:10.1137/080724010
[17] Ermentrout,B.,慢抑制winner-take-all神经网络的复杂动力学,神经网络。,5, 3, 415-431, (1992) ·doi:10.1016/0893-6080(92)90004-3
[18] 美国安永会计师事务所。;Pawelzik,K。;Geisel,T.,生物振荡器的延迟诱导多稳态同步,Phys。版次E,57, 2, 2150-2162, (1998) ·doi:10.1103/PhysRevE.57.2150
[19] Neville,K.R。;Haberly,L.B.,乌拉坦麻醉大鼠嗅觉系统中的β和γ振荡,J.神经生理学。,90, 6, 3921-3930, (2003) ·doi:10.1152/jn.00475.2003
[20] Osinski,B.L。;Kay,L.M.,颗粒细胞兴奋性调节嗅球树突微循环模型中的γ和β振荡,神经物理学杂志。,116, 2, 522-539, (2016) ·doi:10.1152/jn.00988.2015年
[21] Desmaisons,D。;文森特·J·D。;Lledo,P.M.,通过嗅球输出神经元的固有阈下振荡控制动作电位计时,神经科学杂志。,19,2410727-10737,(1999年)·doi:10.1523/JNEUROSCI.19-24-10727.1999
[22] 巴瑟利尔,B。;拉吉尔,S。;福雷,P。;Lledo,P.M.,在嗅球网络模型中产生伽马振荡的电路特性,神经生理学杂志。,95, 4, 2678-2691, (2006) ·doi:10.1152/jn.01141.2005
[23] Brea,J.N。;凯·L·M。;Kopell,N.J.,通过阈下振荡实现嗅球伽马节律的生物物理模型,Proc。国家。阿卡德。科学。美国。,106, 51, 21954-21959, (2009) ·doi:10.1073/pnas.0910964106
[24] Desroches,M。;古根海默,J。;Krauskopf,B。;Kuehn,C。;Osinga,H.M。;Wechselberger,M.,《多时间尺度的混合模式振荡》,SIAM Rev。,54, 211, (2012) ·Zbl 1250.34001号 ·数字对象标识代码:10.1137/100791233
[25] Ermentrout,G.B。;Terman,D.H.,《数学神经科学基础》(2010),爱思唯尔出版社·Zbl 1320.92002年
[26] Hansel,D。;马托,G。;Meunier,C.,兴奋性神经网络中的同步,神经计算。,7, 2, 307-337, (1995) ·doi:10.1162/neco.1995.7.2.307
[27] 吉村,K。;Arai,K.,随机极限环振荡器的相位约简,Phys。修订稿。,101, 154101, (2008) ·doi:10.10103/PhysRevLett.1011.554101
[28] Schwemmer,文学硕士。;刘易斯,T.J.,弱耦合振荡器理论,相位响应曲线神经科学。,6, 3-31, (2012) ·doi:10.1007/978-1-4614-0739-3_1
[29] Z.P.基尔帕特里克。;Ermentrout,B.,《通过适应神经元网络的聚类产生的稀疏伽马节律》,《公共科学图书馆·计算》。生物学。,7,11,e1002281,(2011)·doi:10.1371/journal.pcbi.1002281
[30] 李·G。;Cleland,T.A.,嗅球伽马振荡的耦合振荡器模型,公共科学图书馆计算。生物。,13,e1005760,(2017)·doi:10.1371/journal.pcbi.1005760
[31] 莫卡,V.V。;尼科利奇,D。;辛格,W。;Muresan,R.C.,膜共振使伽马振荡稳定而稳健,Cereb。科尔特斯,24, 1, 119-142, (2014) ·doi:10.1093/cercor/bhs293
[32] 凯·L·M。;Beshel,J.,《二选择气味辨别任务期间大鼠嗅觉系统中的β振荡网络》,J.神经生理学。,104, 2, 829-839, (2010) ·doi:10.1152/jn.00166.2010
[33] Whittington,医学硕士。;特劳布·R·D。;北卡罗来纳州科佩尔。;Ermentrout,B。;Buhl,E.H.,《基于抑制的节奏:网络动力学的实验和数学观察》,《国际心理生理学杂志》。,38, 315, (2000) ·doi:10.1016/S0167-8760(00)00173-2
[34] Ladenbauer,J。;奥古斯丁,M。;Shiau,L.J。;Obermayer,K.,适应电流对耦合指数积分和核神经元同步化的影响,公共科学图书馆计算。生物。,8,4,e1002478,(2012)·doi:10.1371/journal.pcbi.1002478
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