小世界连接性对快速稀疏同步皮层节律的影响

在脑电活动记录中已观察到具有随机和间歇性神经放电的快速皮层节律。最近，Brunel等人开发了一个框架来描述在随机和全局耦合的阈上发放神经元网络中这种快速稀疏同步。然而，在真实的皮层回路中，已知突触连接具有既非规则也非随机的复杂拓扑结构。因此，为了将Brunel等人的工作扩展到现实的神经网络，我们研究了网络架构对一群抑制性阈上快速发放Izhikevich中间神经元中这些快速稀疏同步节律的影响。我们首先采用传统的Erdős-Rényi随机图来建模神经系统中的复杂连接性，并通过改变突触抑制强度$J$和噪声强度$D$来研究群体同步状态的出现。由此发现，对于较大的$J$和$D$值，会出现相对较高程度的快速稀疏同步状态。其次，对于随机网络中出现快速稀疏同步的固定$J$和$D$值，我们考虑了Watts-Strogatz小世界网络，该网络通过重连在规则晶格和随机图之间插值，并通过改变重连概率$p$从短程连接到长程连接，研究了小世界突触连接性对快速稀疏同步节律出现的影响。当超过一个小的临界值$p^*_c$ ($\simeq 0.12$)时，发现在具有主要局部连接和少量长程连接的小世界网络中会出现快速稀疏同步的群体节律。