Для цитирования:
Mosekilde E., Sosnovtseva O. V., Postnov D. E., Braun H., Huber M. Noisy neural rhythm generators [Мосекильде Э., Сосновцева О. В., Постнов Д. Э., Браун Х., Хубер М. Нейронные генераторы ритма в присутствии шума] // Известия вузов. ПНД. 2003. Т. 11, вып. 3. С. 95-109. DOI: 10.18500/0869-6632-2003-11-3-95-109
Noisy neural rhythm generators
[Нейронные генераторы ритма в присутствии шума]
Исследуются динамические особенности генерации последовательности спайков в присутствии шума для трех различных моделей нейронных генераторов ритма: простой нейронной модели, которая воспроизводит импульсную модуляцию для кодирования температуры в холодовых рецепторах млекопитающих, минимальной нейронной сети, описывающей переходы между бета- и гамма-ритмами в мозге, и электронного переключательного устройства, представляющего собой простой генератор дыхательного ритма улитки. Мы показываем, что шум может объяснить множество особенностей в наблюдаемой последовательности спайков, вызывать когерентные переключения между различными состояниями, и индуцировать новые ритмы в малых нейронных ансамблях.
- Anishchenko V.S. Dynamical Chaos: Models and Experiments. World Scientific, Singapore, 1995.
- Anishchenko V.S., Astakhov V.V., Neiman A.B., Vadivasova T.E., and Schimansky-Geier L. Nonlinear Dynamics of Chaotic and Stochastic Systems. Springer Verlag, Berlin, 2002.
- Eckhorn R., Bauer R., Jordan W., Brosch M., Kruse W., Munk W., and Reitboeck H.J. Coherent oscillations: A mechanism оf feature linking in the visual cortex? Biol. Cybern. 60 (1988), 121-130.
- Gray C.M., Kénig Р., Engel AK., and Singer W. Oscillatory responses in саt visual cortex exhibit inter-columnar synchronization which reflects global stimulus properties, Nature 338 (1989), 334-337.
- Braun H.A., Bade H., and Hensel H. Static and dynamic discharge patterns of bursting cold fibers related to hypothetical receptor mechanisms. Pfligers Arch. 386 (1980), 1-9.
- Braun H.A., Schéfer K., Wissing H., and Hensel H. Periodic transduction processes in thermosensitive receptors // Sensory Receptor Mechanisms (eds W. Hamann, A. Iggo), World Scientific, Singapore, (1984), 147-156.
- Braun H.A., Huber M.T., Dewald M., Schifer K., and Voigt K. Computer simulations of neuronal signal transduction: The role оf nonlinear dynamics and noise // Int. J. Bifurcation &. Chaos.1998. Vol. 8. Pp. 881-889.
- Braun W., Eckhardt B., Braun H.A., and Huber М.Т. Phase space structure оf а thermoreceptor // Phys. Rev. Е. 2000. Vol. 62. Pp. 6352-6360.
- Feudel U., Neiman A., Pei X., Wojtenek W., Braun H.A., and Huber M.T. Homoclinic bifurcations in а Hodgkin-Huxley model оf thermally sensitive neurons // Chaos. 2000. Vol. 10. Pp. 231-239.
- Tuckwell H.C. Stochastic Processes in the Neurosciences. SIAM, Philadelphia, 1989; Taylor J.G., Neurodynamics, (eds Е. Faseman and H.D. Doebner), World Scientific, Singapore (1991), 129-164.
- Braun H.A., Wissing H., Schfer K., and Hirsch M.C. Oscillation and noise determine signal transduction in shark multimodal sensory cells // Nature. 1994. Vol. 367. Рр. 270-273.
- Russell D.F., Wilkens L.A., and Moss Е. Use of behavioural stochastic resonance by paddle fish for feeding // Nature. 1999. Vol. 402. Pp. 291-294.
- Nakamura K. Stochastic Resonance in the FitzHugh-Nagumo Neuron Model // Proc. Inst. Natural Sci. 2000. Vol. 35. Pp. 179-185.
- Pikovsky A.S. and Kurth J. Coherence resonance in a noise-driven excitable system // Phys. Rev. Lett. 1997. Vol. 78. Рр. 775-778.
- Neiman А., Pei X., Russell Р., Wojtenek W., Wilkens L., Moss F., Braun Н.А., Huber M.T., and Voigt K. Synchronization of the noise electrosensitive cells in the paddlefish // Phys. Rev. Lett. 1999. Vol. 82. Pp. 660-663.
- Kopell N., Ermentrout G.B., Whittington М.А., and Traub R.D. Gamma rhythms and beta rhythms have different synchronization properties // Proc. Nat. Acad. Sci. USA. 2000. Vol. 97. Pp. 1867-1872.
- Bressler S.L., Coppola R., and Nakamura R. Episodic multiregional cortical coherence at multiple frequencies during visual task performance // Nature. 1993. Vol 366. Pp. 153-156.
- Braun H.A., Huber M.T., Anthes N., Voigt K., Neiman A., Pei X., and Moss F. Interaction between slow and fast conductances in the Huber/Braun model of cold-receptor discharges // Neurocomputing. 2000. Vol. 32-33. Pp. 51-59.
- Fox R.F., Gatland L.R., Roy R., and Vemuri С. Fast accurate algorithm for numerical simulation оf exponentially correlated colored noise // Phys. Rev. А. 1988. Vol. 38. Pp. 5938-5940.
- 20. 1) Equilibrium potentials: Esd=Ed=50, Vsr=Vr=-90, V1=-60 (mV); 2) ionic conductances: g1=0.1, gd=1.5, gr=2.0, gsd=0.25, gsr=0.4 (mS/cm2), 3) membrane capacitance: C=1 (mF/cm2) gives a passive time constant tm=Clg1=10 (ms); 4) activation time constants: tr=2, tsd=2, tsr=2 (ms); 5) slope оf steady state activation: sd=sr=0.25, ssd=0.09; 6) half activation potentials V0d=V0r=-25, V0ds=-40 (mV); 7) coupling an relaxation constants for Isr:n=0.012, k=0.17 8) reference temperature: T0=25°(C).
- Hodgkin A.L. and Huxley А.Е. A quantitative description оf membrane current and its application to conduction ап excitation in nerve // J. Physiol. 1952. Vol. 117. Pp. 500-544.
- Fausboll А. Analysis оf а Minimal Network оf Cortical Neurons. MSc. Thesis, DTU, Denmark, 2001.
- Мооте G.P., Perkel D.H., and Segundo J.P. Statistical analysis and functional interpretation of neuronal spike data // Ann. Rev. Physiol. 1966. Vol. 28. Pp. 493-522.
- Lee S.-G., Neiman А., and Kim S. Coherence resonance in а Hodgkin -Huxley neuron // Phys. Rev. Е. 1998. Vol. 57. Pp. 3292-3297.
- Postnov D.E., Setsinsky D.V., and Sosnovtseva О.М. Stochastic synchronization and the growth in regularity оf the noise-induced oscillations // Tech. Phys. Lett. 2001. Vol. 27. Pp. 49-55.
- Rosenzweig M.R., Leiman A.L., Breedlove S.M. Biological Psychology. Sinaur Associated, Inc. Sunderland, Massachusetts, 1996.
- Postnov D.E., Han S.K., Yim T., and Sosnovtseva O.V. Experimental observation оf coherence resonance in cascaded excitable systems // Phys. Rev. Е. 1999. Vol. 59. 3791-3794; Han S.K., Yim T., Postnov D.E., and Sosnovtseva O.V. Interacting coherence resonance oscillators // Phys. Rev. Lett. 1999. Vol. 83. Pp. 1771-1774.
- Sosnovtseva О.М., Setsinsky D., Fausboll А., Mosekilde Е. Transitions between beta and gamma rhythms in neural systems // Phys. Rev. Е. 2002. Vol. 66. 041901(6).
- Postnov D.E., Sosnovtseva O.V., Han S.K., and Kim W.S. Noise-induced multimode behavior in excitable systems // Phys. Rev. E. 2002. Vol. 66. 016203(5).
- 379 просмотров