时钟能否在噪声中同步滴答？随机模拟与分析
神经元与认知
2023-01-04 v2 数值分析
动力系统
数值分析
概率论
摘要
视交叉上核（SCN），又称昼夜节律主时钟，由大量振荡神经元组成。这些神经元共同产生一个相干信号，驱动身体的昼夜节律。细胞间通信的何种特性使得这些神经元能够同步，尽管面临光周期波动等广泛的环境挑战？为回答该问题，我们给出了全局耦合神经元的均值场描述，将其建模为带有标准高斯噪声的 Goodwin 振荡子。假设所有神经元的初始条件独立同分布，在均值场极限下任意有限个神经元变得独立且具有相同的概率分布，这一现象称为混沌传播。该概率分布是 Vlasov-Fokker-Planck 型方程的解，可由随机粒子模型获得。我们利用宏观描述研究了外部噪声与细胞间耦合之间的相互作用如何影响集体节律的动力学，并给出了由噪声诱导的相变所产生的分岔的数值描述。我们的数值模拟显示了在低噪声强度下的噪声诱导节律生成，而在高噪声情形下 SCN 时钟无节律。值得注意的是，耦合在低噪声强度下诱导出类共振行为，且即便存在噪声，改变耦合强度也能引起周期锁定与方差耗散。
引用
@article{arxiv.2202.12300,
title = {Can the clocks tick together despite the noise? Stochastic simulations and analysis},
author = {Stéphanie M. C. Abo and José A. Carrillo and Anita T. Layton},
journal= {arXiv preprint arXiv:2202.12300},
year = {2023}
}