ГЕНЕРАЦИЯ БЕРСТОВ В АНСАМБЛЯХ СПАЙКОВЫХ НЕЙРОНОВ С НЕЛОКАЛЬНЫМИ СВЯЗЯМИ

Исследуется механизм коллективной генерации берстов в ансамблях спайковых нейронов с нелокальными химическими возбуждающими связями. Рассматриваются три типа топологии: (а) цепочки с регулярными ближними нелокальными связями, (б) цепочки с небольшим числом случайных дальних связей на фоне регулярных ближних нелокальных связей, (в) полностью случайные связи со степенным законом распределения степени вершин. Показано наличие единого механизма генерации берстов в результате неустойчивости синхронизации медленных спайков при увеличении силы связи и появления быстрых повторных спайков, изучена зависимость режимов синхронизации и десинхронизации от параметров ансамбля. Обсуждается значение полученных результатов для задач нейродинамики.

Ключевые слова: 
-
Литература

1. Николлс Дж., Мартин Р., Валлас Б., Фукс П. От нейрона к мозгу. Москва: Едиториал УРСС, 2003.

2. Marder E. and Calabrese R.L. Principles of rhythmic motor pattern generation // Physiol. Rev. 1996. Vol. 76. P. 687.

3. Steriade M., McCormick D.A., and Sejnowski T.J. Thalamocortical oscillations in the sleeping and aroused brain // Science. 1993. Vol. 262. P. 679.

4. Engel A.K., Fries P., and Singer W. Dynamic predictions: Oscillations and synchrony in top-down processing // Nat. Rev. Neurosci. 2001. Vol. 2. P. 704.

5. Timofeev I. and Steriade M. Neocortical seizures: Initiation, development and cessation // Neuroscience. 2004.Vol. 123. P. 299.

6. Rabinovich M.I. et al. Dynamical encoding by networks of competing neuron groups: Winnerless competition // Phys. Rev. Lett. 2001. Vol. 87. P. 068102.

7. Levi R. et al. The role of sensory network dynamics in generating a motor program // J. Neurosci. 2005. Vol. 25. P. 9807.

8. Kazantsev V.B., Nekorkin V.I., Binczak S. et al. Spiking patterns emerging from wave instabilities in a one-dimensional neural lattice // Phys. Rev. E. 2003. Vol. 68. P. 017201.

9. Komendantov A.O. and Canavier C.C. Electrical coupling between model midbrain dopamine neurons: Effects on firing pattern and synchrony // J. Neurophys. 2002. Vol. 87. P. 1526

10. Osipov G.V., Ivanchenko M.V., Kurth J.S., Hu B. Synchronized chaotic intermittent and spiking behavior in coupled map chains // Phys. Rev. E. 2005. Vol. 71. P. 056209.

11. Ivanchenko M.V., Osipov G.V., Shalfeev V.D., Kurths J. A network mechanism for burst generation // Phys. Rev. Lett., accepted.

12. Rulkov N.F. Modeling of spiking-bursting neural behavior using two-dimensional map // Phys. Rev. E. 2002. Vol. 65. P. 041922.

13. Rulkov N.F., Timofeev I., Bazhenov M. Oscillations in large-scale cortical networks: Map-based model // J. Comp. Neuroscience. 2004. Vol. 17. P. 203.

14. Пиковский А.С., Розенблюм М.Г., Куртс Ю. Синхронизация: фундаментальное нелинейное явление. М.: Техносфера, 2003.

15. Kuramoto Y. Chemical Oscillations, Waves and Turbulence. Springer: Berlin, 1984.

16. Watts D.J., Strogatz S.H. Collective dynamics of «small-world» networks // Nature. 1998. Vol. 393. P. 440.

17. Strogatz S.H. Exploring complex networks // Nature. 2001. Vol. 410. P. 268

18. Eguiluz V.M. et al. Scale-free brain functional networks // Phys. Rev. Lett. 2005. Vol. 94. P. 018102.

Статус: 
одобрено к публикации
Краткое содержание (PDF): 
Текст в формате PDF: