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神经元网络中的线性反应:从神经元动力学到集体反应。 (英语) Zbl 1425.92039号

小结:我们回顾了两个例子,其中神经网络对外部刺激的线性响应可以明确导出,包括网络参数依赖性。这是在一种类似统计物理的方法中完成的,在这种方法中,人们将继承自遍历理论或随机过程的吉布斯分布的自然概念与模型的自发动力学联系起来。这两个例子是Amari-Wilson-Cowan模型[S.阿玛里,系统。人类网络。SMC-2643–657(1972);H.R.威尔逊J.D.考恩《生物物理学》。J.12,1–24(1972)]和基于电导的Integrate and Fire模型[M.鲁道夫A.去排气,神经计算。18,第9期,2146–2210(2006年;Zbl 1099.68698号); 神经计算70,No.10-121966-1969(2007)]。
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理学硕士:

92立方厘米20 神经生物学
37N25号 生物学中的动力系统
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参考文献:

[1] 阿布拉莫夫,R.V。;Majda,A.J.,混沌非线性强迫耗散动力系统线性波动响应的新近似和测试,非线性科学杂志。,18, 3, 303-341 (2008) ·Zbl 1151.82364号
[2] Aihara,K。;Takabe,T。;Toyoda,M.,混沌神经网络,Phys。莱特。A中,144, 6, 333-340 (1990)
[3] Amari,S.,模拟神经元样元件随机网络的特征,系统。人类网络。,SMC-2公司,643-657(1972年)·Zbl 0247.92006号
[4] Arnold,V.I.,《常微分方程理论中的几何方法》(1983年)·Zbl 0507.34003号
[5] Baiesi,M。;Maes,C.,《非平衡线性响应的更新》,《新物理学杂志》。,15, 1, 013004 (2013) ·Zbl 1451.80002号
[6] Baladi,V.,关于分段扩展区间映射的磁化率函数,Commun。数学。物理。,275, 3, 839-859 (2007) ·Zbl 1140.37327号
[7] Baladi,V.、Benedicks,M.和Schnellmann,D.,“线性反应,或其他”,ICM首尔2014年谈话,2014年8月(2014)。
[8] 美国巴苏。;Maes,C.,非平衡反应和Frenesy,J.Phys。Conf.序列号。,638, 012001 (2015)
[9] 巴塔利亚,D。;盖恩,I。;莱梅尔,V。;奥兰迪,J。;雷,B。;Soriano,J.,《神经连接组学挑战》(2017)
[10] 北伯辛格。;Natschläger,T.,递归神经网络中混沌边缘的实时计算,神经计算。,16, 7, 1413-1436 (2004) ·Zbl 1102.68530号
[11] Bowen,R.,《平衡态和Anosov微分态的遍历理论》,数学讲义第470卷(Springer-Verlag,纽约,1975年)·Zbl 0308.28010号
[12] 博文,R。;Ruelle,D.,公理A流的遍历理论,Inven。数学。,29, 181-202 (1975) ·Zbl 0311.58010号
[13] Bressloff,P.,《神经介质中的波》,摘自《应用科学中的数学建模讲稿》(Springer,2014)·Zbl 1296.92005号
[14] Brette,R。;Gerstner,W.,《自适应指数积分和fire模型作为神经元活动的有效描述》,J.Neurophystil。,94,3637-3642(2005年)
[15] 卡布拉尔,J。;Kringelbach,M.L。;Deco,G.,《功能连接在静态结构连接体上的多个时间尺度上动态演化:模型和机制》,NeuroImage,160, 84-96 (2017)
[16] Cessac,B.,随机神经网络复杂性的增加,物理学杂志。I(法国),5, 409-432 (1995)
[17] 塞萨克,B.,海农图的复杂易感性在上半平面上有极点吗?非线性数值研究,20, 2883-2895 (2007) ·Zbl 1134.37037号
[18] 塞萨克,B。;Sepulchre,J.A.,耦合单元混沌网络中的稳定共振和信号传播,Phys。版次E,70, 056111 (2004)
[19] 塞萨克,B。;Sepulchre,J.A.,在混沌网络中通过振幅调制传输信号,混沌,16, 013104 (2006) ·Zbl 1144.37335号
[20] 塞萨克,B。;Sepulchre,J.A.,一类远离平衡的简单系统的线性响应,物理D,225, 1, 13-28 (2007) ·Zbl 1114.37023号
[21] 塞萨克,B.,随机非对称神经网络的绝对稳定性标准,J.Phys。A中,27,L927-L930(1994)·Zbl 0834.92001号
[22] Cessac,B.,《基于电导的神经网络中尖峰序列的统计:严格结果》,J.Math。神经科学。,1, 8, 1-42 (2011) ·Zbl 1259.92006年9月
[23] 塞萨克,B。;Cofré,R.,Spike列统计和Gibbs分布,J.Physiol。巴黎,107, 5, 360-368 (2013)
[24] 塞萨克,B。;科弗雷,R。
[25] 塞萨克,B。;多扬,B。;Quoy,M。;Samuelides,M.,Mean场方程,分岔图,离散时间神经网络中的混沌路径,Physica D,74, 24-44 (1994) ·Zbl 0808.92006年
[26] Chichilnisky,E.J.,神经元光反应的简单白噪声分析,Netw。计算。神经系统。,12, 199-213 (2001) ·Zbl 0969.92007
[27] 科科,S。;莱布勒,S。;Monasson,R.,通过有效的反向统计物理方法推断的视网膜神经节细胞之间的神经耦合,Proc。国家。阿卡德。科学。美国。,106, 33, 14058-14062 (2009)
[28] Cofré,R。;Cessac,B.,《基于电导的带化学突触和电突触的集成和核心神经网络的动力学和尖峰训练统计》,混沌孤子分形,50,2013年3月13日·2010年9月13日
[29] 科夫雷,R。;Cessac,B.,尖峰神经网络模型最大熵势的精确计算,Phys。版次E,89, 052117 (2014)
[30] 达扬,P。;Abbott,L.F.,《理论神经科学:神经系统的计算和数学建模》(2001年)·Zbl 1051.92010年
[31] de Groot,S.R。;Mazur,P.,《非平衡热力学》(Dover Books on Physics)(1984)·Zbl 1375.82004年
[32] Dembo,A。;Zeitouni,O.,《大偏差技术与应用》(1998年)·Zbl 0896.60013号
[33] Destexhe,A。;缅因州,Z.F。;Sejnowski,T.J.,《使用共同动力学形式主义合成可兴奋膜、突触传递和神经调节模型》,J.Compute。神经科学。,1, 3, 195-230 (1994)
[34] 多扬,B。;塞萨克,B。;Quoy,M。;Samuelides,M.,《具有随机连通性的神经网络向混沌过渡的控制》,国际期刊《分岔》。混乱,03, 2, 279-291 (1993) ·Zbl 0871.92001号
[35] Ermentrout,B.,作为时空模式形成系统的神经网络,Rep.Prog。物理。,61, 353-430 (1998)
[36] Ermentrout,B.和Terman,D.,《数学神经科学基础》,跨学科应用数学(Springer,2010)·Zbl 1320.92002年
[37] 福格拉斯,O。;MacLaurin,J.,具有相关突触权重的神经网络的渐近描述,熵,17, 7, 4701 (2015)
[38] 福格拉斯,O。;托布尔,J。;Cessac,B.,《具有随机突触权重和随机输入的多种群神经网络的构造平均场分析》,Front。计算。神经科学。,, 1 (2009)
[39] 费尔南德斯,R。;Gallo,S.,正规g-测度并不总是吉布斯的,电子。Commun公司。概率。,16, 732-740 (2011) ·Zbl 1254.60037号
[40] 费尔南德斯,R。;Maillard,G.,《具有完全连接的链:一般理论、唯一性、记忆损失和混合特性》,J.Stat.Phys。,118, 3-4, 555-588 (2005) ·Zbl 1126.82301号
[41] 法拉利,美国。;Deny,S。;查尔克,M。;特卡奇克,G。;玛丽,O。;Mora,T.,将感觉神经元网络中的内在相互作用与外在相关性分离,Phys。版次E,98, 4, 042410 (2018)
[42] FitzHugh,R.,神经膜阈值现象的数学模型,公牛。数学。生物学。,17, 4, 257-278 (1955)
[43] 弗里曼·W·J。;姚,Y。;Burke,B.,《嗅球中央模式生成和识别:相关学习规则》,神经网络。,1, 4, 277-288 (1988)
[44] Friston,K。;Kilner,J。;Harrison,L.,《大脑的自由能原理》,J.Physiol。巴黎,100, 70-87 (2006)
[45] Friston,K.,《自由能源原则:大脑的粗略指南?》?,趋势认知。科学。,13, 7, 293-301 (2009)
[46] Friston,K.,《自由能量原理:统一的大脑理论?》?,神经科学自然评论。,11, 2, 127-138 (2010)
[47] Friston,K.,《功能和有效连接:综述》,《大脑连接》。,1, 1, 13-36 (2011)
[48] 加拉沃蒂,G。;Cohen,E.G.D.,《静止状态下的动力学系综》,J.Stat.Phys。,80, 5, 931-970 (1995) ·Zbl 1081.82580号
[49] 加拉沃蒂,G。;科恩,E.G.D.,非平衡统计力学中的动力学系综,物理学。修订稿。,74, 2694-2697 (1995)
[50] Gallavotti,G.,《混沌假说:Onsager互易和涨落扩散定理》,J.Stat.Phys。,84, 5, 899-925 (1996) ·Zbl 1081.82581号
[51] Gallavotti,G.,《非平衡和不可逆性》(2014)·Zbl 1305.82004号
[52] Gambaudo,J.M。;Tresser,C.,Le chaos,theorie et expéexperiences(1988)
[53] 甘莫尔,E。;塞格夫,R。;Schneidman,E.,《视网膜功能相互作用网络的结构》,《神经科学杂志》。,31,8,3044-3054(2011年)
[54] 甘莫尔,E。;Segev,R。;Schneidman,E.,稀疏低阶交互网络是高度相关和可学习的神经群体代码的基础,Proc。国家。阿卡德。科学。美国。,108, 23, 9679-9684 (2011)
[55] Gantmacher,F.R.,《矩阵理论》(1959年)·Zbl 0085.01001号
[56] 加德拉,C。;玛丽,O。;Mora,T.,《神经群体相关活动建模:综述》,《神经计算》。,31, 2, 233-269 (2019) ·Zbl 1471.92016年
[57] Gaspard,P.,《混沌、散射和统计力学》,剑桥非线性科学丛书(剑桥大学出版社,2005年)·Zbl 1219.00020号
[58] 郭士纳,W。;Kistler,W.M.,《尖峰神经元模型》(2002)·Zbl 1100.92501号
[59] Girko,V.L.,《循环定律》,Theor。探针。申请。,29, 694-706 (1984) ·Zbl 0565.60034号
[60] Girko,V.L.,《随机行列式理论,数学及其应用》(施普林格,荷兰,2012)。
[61] Gollisch,T。;Meister,M.,《眼睛比科学家们认为的更聪明:视网膜回路中的神经计算,神经元,65, 2, 150-164 (2010)
[62] Green,M.S.,Markoff随机过程和时间相关现象的统计力学。二、。流体中的不可逆过程,J.Chem。物理。,22, 3, 398-413 (1954)
[63] Hammersley,J.M.和Clifford,P.,“有限图和格上的马尔可夫场”(未出版)。
[64] 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, 500-544 (1952)
[65] Hubel,D.H。;Wiesel,T.N.,猫视觉皮层的接收场、双眼交互和功能结构,J.Physiol。,160, 106-154 (1962)
[66] Izhikevich,E.,尖峰神经元的简单模型,IEEE Trans。神经网络。,14, 6, 1569-1572 (2003)
[67] Izhikevich,E.,《神经兴奋性、尖峰和爆发》,《国际分叉杂志》。混乱,10, 1171-1266 (2000) ·Zbl 1090.92505号
[68] Jaynes,E.T.,信息理论和统计力学,物理学。版次:。,106,620(1957年)·Zbl 0084.43701号
[69] 姜瑜。;Ruelle,D.,区间单峰马尔可夫映射的磁化率函数分析,非线性,18,2447(2005年)·Zbl 1089.37020号
[70] 凯泽,M。;杰克,R.L。;Zimmer,J.,《不可逆马尔可夫链中力和流的规范结构和正交性》,J.Stat.Phys。,170, 6, 1019-1050 (2018) ·Zbl 1392.82038号
[71] Kaplan,J.L.和Yorke,J.A.,《多维差分方程的混沌行为》,载于泛函微分方程和不动点近似,由H.O.Peitgen和H.O.Walther编辑(Springer,Berlin,1979),第204-227页·Zbl 0448.58020号
[72] 卡托克,A。;Hasselblatt,B.,《现代动力系统理论导论》(1998年)
[73] Kirkaldy,J.S.,《人脑热力学》,生物物理学。J.、。,5, 6, 981-986 (1965)
[74] Korn,H。;福雷,P.,大脑中有混乱吗?二、。实验证据和相关模型,C.R.Biologies,326, 787-840 (2003)
[75] Kubo,R.,《不可逆过程的统计力学理论》。I.磁性和导电问题的一般理论和简单应用,J.Phys。Soc.Jpn.公司。,12, 6, 570-586 (1957)
[76] Lapicque,L.,Recherches quantitatives sur L’excitation des nerfs traitée comme une polaisation,J.Physiol。巴黎,9, 620-635 (1907)
[77] 勒·贝拉克,M。;莫特萨涅,F。;Batrouni,G.G.,《平衡与非平衡统计热力学》(2004)·Zbl 1103.82001
[78] Lorenz,E.N.,《确定性非周期流》,J.Atmos。科学。,20, 130-141 (1963) ·Zbl 1417.37129号
[79] 马凯,R.S。;Tresser,C.,《圆映射到拓扑混沌的过渡》,Physica D,19, 2, 206-273 (1986) ·Zbl 0596.58027号
[80] 梅斯,C。;van Wieren,M.H.,非平衡系统中的时间对称涨落,物理学。修订稿。,96, 240601 (2006)
[81] Maillard,G.,《完整连接链简介》(洛桑联邦理工学院,2007年)。
[82] Matsuoka,K.,具有不对称连接权重的非线性连续神经网络的稳定性条件,神经网络。,5, 495-500 (1992)
[83] 莫里斯,C。;Lecar,H.,藤壶巨肌纤维中的电压振荡,Biophys。J.、。,35, 1, 193-213 (1981)
[84] Muscinelli,S.P.、Gerstner,W.和Schwalger,T.,“单神经元特性如何塑造随机神经网络中的混沌动力学和信号传输”,e-print arXiv(2018)。
[85] Nagumo,J。;Arimoto,S。;Yoshizawa,S.,模拟神经轴突的主动脉冲传输线,Proc。爱尔兰共和国,50, 2061-2070 (1962)
[86] Naudé,J。;塞萨克,B。;Berry,H。;Delord,B.,《细胞内稳态固有可塑性对生物递归神经网络动力学和计算特性的影响》,《神经科学杂志》。,33, 15032 (2013)
[87] 南卡罗来纳州纽豪斯。;Ruelle博士。;Takes,F.,在\(mml:math display=''inline``overflow=''scroll``>上准周期流附近奇异公理吸引子的出现, <mml:math display=''inline``溢出=''scroll``>\)、Commun。数学。物理。,64, 1, 35-40 (1978) ·Zbl 0396.58029号
[88] MEA实际上记录了记录电极上的电压活动。然后,使用尖峰排序算法将记录的电压轨迹归属于神经元,然后构造尖峰序列。因此,MEA原则上可以获得给定电压历史的峰值模式的概率。
[89] Le Ny,A.,(广义)Gibbs测度简介,Ensaios Matematicos,15, 1-126 (2008) ·Zbl 1162.82001年
[90] Onicescu,O。;Mihoc,G.,《南沙统计》,C.R.Acad。科学。巴黎,200, 511-512 (1935) ·Zbl 0010.40602号
[91] Onsager,L.,《不可逆过程中的相互关系》。一、 物理学。版次:。,37, 405-426 (1931) ·Zbl 0001.09501号
[92] 奥斯托克,S。;布鲁内尔,N.,《从尖峰神经元模型到线性-非线性模型》,《公共科学图书馆·计算》。生物学。,7, 1, 1-16 (2011)
[93] W·帕里。;Pollicott,M.,Zeta函数和双曲动力学的周期轨道结构,Astérisque,187,188,1-268(1990年)·Zbl 0726.58003号
[94] Pesin,Y.B.,特征Lyapunov指数和光滑遍历理论,Usp。马特·纳克,32, 4, 55-112 (1977) ·Zbl 0383.58011号
[95] 枕头,J.W。;帕宁斯基。;V.J.乌泽尔。;Simoncelli,E.P。;Chichilnisky,E.J.,用概率峰值模型预测和解码视网膜神经节细胞反应,神经科学杂志。,25, 47, 11003-11013 (2005)
[96] Pollicott,M.,关于公理a流的混合率,发明。数学。,81, 3, 413-426 (1985) ·Zbl 0591.58025号
[97] Preissl,H。;卢森伯格,W。;Pulvermüller,F.,大脑中是否存在混乱?,行为。脑科学。,19, 2, 307-308 (1996)
[98] Reynaud-Bouret,P。;Rivoirard,V。;格拉蒙特,F。;Tuleau-Malot,C.,《尖峰序列分析的优势检验和非参数自适应估计》,J.Math。神经科学。,4, 3 (2014) ·Zbl 1321.92047号
[99] Reynaud-Bouret,P.、Rivoirard,V.和Tuleau-Malot,C.,“通过Hawkes过程推断神经科学中的功能连通性”,第1届IEEE信号和信息处理全球会议,美国德克萨斯州奥斯汀(2013)·Zbl 1197.62033号
[100] Rieke,F。;沃兰,D。;de Ruyter van Stevenick,R。;Bialek,W.,《Spikes:探索神经代码》(1997)·Zbl 0912.92004号
[101] 鲁道夫,M。;Destehe,A.,事件驱动模拟策略的基于传导动力学的分析集成和激发神经元模型,神经计算。,18, 2146-2210 (2006) ·1099.68698兹比尔
[102] 鲁道夫,M。;Destexhe,A.,我们能在多大程度上信任神经模拟策略?,神经计算,70, 10-12, 1966-1969 (2007)
[103] Ruelle,D.,公理A基本集的广义齐塔函数,Bull。阿默尔。数学。Soc.公司。,82, 153-156 (1976) ·兹伯利0316.58016
[104] Ruelle,D.,热力学形式主义(1978)·兹比尔0401.28016
[105] Ruelle,D.,公理A流的共振,J.微分几何。,25, 1, 99-116 (1987) ·Zbl 0658.58026号
[106] Ruelle,D.,非平衡统计力学中的光滑动力学和新理论思想,J.Stat.Phys。,95, 393-468 (1999) ·Zbl 0934.37010号
[107] Ruelle,D.,与公理A吸引子相关的度量,美国数学杂志。,98, 3, 619-654 (1976) ·Zbl 0355.58010号
[108] Ruelle,D.,《接近平衡的非平衡统计力学:计算高阶项》,非线性,11, 1, 5-18 (1998) ·Zbl 0896.58071号
[109] Ruelle,D.,区分区间映射f相对于f的绝对连续不变测度,Commun。数学。物理。,258, 445-453 (2005) ·Zbl 1080.37046号
[110] Ruelle博士。;Takes,F.,关于湍流的性质,Commun。数学。物理。,20, 167-192 (1971) ·Zbl 0223.76041号
[111] 施耐德曼,E。;Berry,M.J。;Segev,R。;Bialek,W.,弱成对相关性意味着神经群体中存在强相关的网络状态,Nature,440, 7087, 1007-1012 (2006)
[112] Schuecker,J.、Goedeke,S.、Dahmen,D.和Helias,M.,“无序神经网络的功能方法”,电子版arXiv(2016)。
[113] Seneta,E.,非负矩阵和马尔可夫链(2006)·兹比尔1099.6004
[114] Shlens,J。;菲尔德,G.D。;Gauthier,J.L。;M.I.格里维奇。;彼得鲁斯卡,D。;谢尔,A。;Litke,A.M。;Chichilnisky,E.J.,《灵长类视网膜多神经元放电模式的结构》,《神经科学杂志》。,26, 32, 8254 (2006)
[115] Shlens,J。;菲尔德,G.D。;Gauthier,J.L。;格雷施纳,M。;Sher,A。;Litke,A.M。;Chichilnisky,E.J.,灵长类动物视网膜中大规模同步放电的结构,神经科学杂志。,29, 15, 5022-5031 (2009)
[116] Simoncelli,E.P.、Paninski,L.、Pillow,J.和Schwartz,O.,《随机刺激下神经反应的表征》,载于M.Gazzaniga编辑的《认知神经科学》第三期(麻省理工出版社,2004年),第23章,第327-338页。
[117] Sinai,Y.,遍历理论中的吉布斯测度,俄罗斯数学。调查,27, 4, 21-69 (1972) ·Zbl 0255.28016号
[118] Siri,B。;Berry,H。;塞萨克,B。;Delord,B。;Quoy,M.,《希伯来学习对带有抑制性和兴奋性神经元的随机网络的动力学和结构的影响》,J.Physiol。巴黎,101, 136 (2007)
[119] Siri,B。;Berry,H。;塞萨克,B。;Delord,B。;Quoy,M.,《Hebbian学习规则对离散时间随机递归神经网络动力学和结构影响的数学分析》,神经计算。,20, 12, 12 (2008) ·Zbl 1159.68536号
[120] Sompolinsky,H。;A.克里斯蒂安。;Sommers,H.J.,《随机神经网络中的混沌》,《物理学》。修订稿。,61, 3, 259-262 (1988)
[121] Sompolinsky,H。;Zippelius,A.,自旋玻璃相的动力学理论,物理学。修订稿。,47, 5, 359-362 (1981)
[122] Sompolinsky,H。;Zippelius,A.,Edwards-Anderson模型的弛豫动力学和自旋类的平均场理论,Phys。版本B,25, 11, 6860-6875 (1982)
[123] Souihel,S.和Cessac,B.,《视网膜和初级视觉皮层的预测:运动处理的视网膜-皮层一体化模型》,载于《国际数学与神经科学学会2019-第五届国际数学神经科学会议》,丹麦科本哈格(2019年)。
[124] Tkacik,G。;莫拉·T。;玛丽,O。;阿莫代伊·D·。;帕尔默,S.E。;Berry,M.J。;Bialek,W.,《神经元网络中的热力学和临界性特征》,Proc。国家。阿卡德。科学。美国。,112, 37, 11508-11513 (2015)
[125] 特卡奇克,G。;施耐德曼,E。;Berry,M.J。;比亚莱克,W。
[126] Tran,T.K。
[127] van Kampen,N.G.,《关于线性响应理论的讨论》,Phys。正常。,5, 279 (1971)
[128] VanVreeswijk,C。;Sompolinsky,H.,皮层电路模型中的混沌平衡状态,神经计算。,10, 1321-1372 (1998)
[129] 瓦斯奎兹,J.C。;玛丽,O。;Palacios,A。;Berry,M.J。;Cessac,B.,《视网膜神经节细胞多细胞棘波序列时间相关结构的吉布斯分布分析》,J.Physiol。巴黎,106, 3-4, 120-127 (2012)
[130] Vasquez,J.C。;塞萨克,B。;Rostro-Gonzalez,H。;Viéville,T.,《吉布斯分布如何自然地产生于突触适应机制》。基于模型的论证,J.Stat.Phys。,136, 3, 565-602 (2009) ·Zbl 1177.82090号
[131] Wilson,H.R。;Cowan,J.D.,《模型神经元局部群体中的兴奋和抑制相互作用》,《生物物理学》。J.、。,12, 1-24 (1972)
[132] Wilson,H.R。;Cowan,J.D.,皮层和丘脑神经组织功能动力学的数学理论,Biol。赛博。,13, 2, 55-80 (1973) ·Zbl 0281.92003号
[133] Yang,C.N。;Lee,T.D.,状态方程和相变的统计理论。I.凝聚理论,物理学。版次:。,87, 404-409 (1952) ·Zbl 0048.43305号
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