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PRL 速递:有限大小神经元网络的自洽随机动力学

日期: 来源:集智俱乐部收集编辑:集智编辑部


关键词:大脑网络动力学,同步,临界相变,动力学平均场论



论文题目:Self-Consistent Stochastic Dynamics for Finite-Size Networks of Spiking Neurons
论文来源:Physical Review Letters
论文链接:https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.097402

尽管组成大脑网络的神经元数量巨大,但局部细胞组合的持续活动本质上是随机的。在没有外部噪声源的情况下,脉冲发射的瞬时速率 ν(t) 随细胞组合的大小而变化,并在孤立的网络中持续存在。尽管由于突触耦合的猝灭紊乱(quenched disorder)而导致的确定性混沌是这种看似随机动力学的基础,但缺乏一个有效的理论来解释有限大小的脉冲神经元的网络动力学。

发表于 PRL 的这项研究通过扩展群体密度方法(population density approach)来填补这一空白,这一方法在对膜电位密度的 Fokker-Planck 方程中包含一个依赖于活动强度和规模大小的随机源(stochastic source)。在这个随机偏导数方程中嵌入的有限大小的噪声被分析表征,产生了一个自洽的和非摄动的描述 ν(t),它对广泛的一类脉冲神经元网络(spiking neuron networks)有效。ν 的大小与模拟结果非常一致,无论是在线性区还是在同步相变区。

图1. 脉冲发放速率为 ν0 的 N 个未耦合 LIF 神经元的有限大小噪声 η 的归一化功率谱(power spectra)


图2. 不同大小N的弱耦合网络(KJ=5mV)的功率谱Pν(ω),发放速率vN(t)


图3. 不同大小N的强耦合(非线性)网络功率谱Pν(ω)(a),(c) ,发放速率vN(t)(b),(d)



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