结构化神经元网络中慢切换组装的出现
神经元与认知
2015-07-21 v3 无序系统与神经网络
斑图形成与孤子
摘要
揭示神经元网络中连接性与时空动力学之间的相互作用是推进我们对神经元信息处理理解的关键一步。在此，我们研究网络连通性的特定特征如何支撑神经网络产生慢切换组装（SSA）动力学的倾向，即神经元组装内部放电增强的持续时段在整个网络中不同组装之间缓慢转换。我们表明，SSA活动的出现与非对称突触权重矩阵的谱性质相关。特别是，支配慢动力学的领先特征值相对于谱的主体表现出间隙，且相关的Schur向量在神经元组上表现出一定程度的块局部化，从而在这些组上产生相干的动力学活动。通过简单的速率模型，我们获得了对谱间隙起源和重要性的解析理解，并利用这些见解开发了具有替代连通性范式的新网络拓扑，其同样展现出SSA活动。具体而言，涉及兴奋性和抑制性神经元的SSA动力学可通过修改两类神经元之间的连接模式来实现。我们还表明，SSA活动可以出现在多个时间尺度上，反映了连通性中的层次结构，并展示了在小世界类网络中SSA的出现。我们的工作为理解网络结构（通过神经解剖学和连接组学进展揭示）如何影响时空神经活动并约束由此产生的动力学迈出了一步。
引用
@article{arxiv.1502.05656,
title = {Emergence of slow-switching assemblies in structured neuronal networks},
author = {Michael T. Schaub and Yazan N. Billeh and Costas A. Anastassiou and Christof Koch and Mauricio Barahona},
journal= {arXiv preprint arXiv:1502.05656},
year = {2015}
}
备注
The first two authors contributed equally -- 18 pages, including supplementary material, 10 Figures + 2 SI Figures