皮层 theta 振荡器灵活相锁定的动力学机制

听觉皮层的振荡活动被认为在通过同步神经节律来外部语音流的语音特征方面发挥核心作用。为支持这一功能，皮层振荡器必须灵活地相锁定输入，这些输入的时间尺度范围广泛，包括显著慢于其固有频率的节律。本文识别了一种通用的动力学机制，使内在抑制电流在多个时间尺度上能够实现这种灵活的相锁定。通过动力系统工具，我们展示了慢速和超慢速抑制过程之间的相互作用如何通过延迟的 Hopf 现象产生长期的 post-输入恢复延迟，从而在 entrainment 可及频率范围内显著扩大。我们在基于生物学的皮层 theta 振荡器模型中演示了此机制，用于语音分割。具体而言，我们表明 theta 时间尺度 (4-8 Hz) 的抑制电流 $I_m$ 和较慢的 delta 时间尺度 (1-4 Hz) 的抑制钾电流 $I_{\rm K_{SS}}$ 对相锁定灵活性至关重要。它们的相互作用创建了三时间尺度结构，导致与延迟 Hopf 分岔 (DHB) 相关的显著延迟现象。有趣的是，超慢速 $I_{\rm K_{SS}}$ 及其相关的 DHB 在未受外力的振荡动力学中发挥有限作用，但在外部强迫下被招募以支持相锁定。此外，较快时间尺度的电流 $I_m$ 而非冗余，进一步通过沿超慢速流形延长恢复时间来扩大相锁定范围。综上，这些结果表明，协调作用于多个时间尺度上的内在抑制电流可能代表支撑对节律输入进行灵活相锁定的关键机制。