电耦合神经元信息传输的能量效率
混沌动力学
2012-04-18 v1 动力系统
神经元与认知
摘要
神经元产生尖峰在能量上是一个昂贵的过程。本文研究了一个模型神经元在孤立状态以及通过电突触与另一个神经元耦合时的信号活动中的能量消耗和信息熵。该神经元采用四维 Hindmarsh-Rose 型动力学模型进行建模，并推导出了其能量函数。对于孤立的神经元，计算了不同信号状态下的能量消耗和信息熵值。对于通过间隙连接耦合的两个神经元，我们分析了细胞膜和突触在为其有序信号传递所需能量贡献中所起的作用。针对由单向和双向间隙连接耦合的相同及非相同神经元的情况提供了计算结果。一个相关的结果是，存在特定的耦合强度值，使得由间隙连接引起的两个神经元的有序信号传递在相对较低的能量消耗下发生，且互信息与能量消耗的比率相对较高。因此，在这些耦合值下进行通信可能是能量上最高效的选择。
引用
@article{arxiv.1204.3822,
title = {Energy efficiency of information transmission by electrically coupled neurons},
author = {Francisco J. Torrealdea and Cecilia Sarasola and Alicia d'Anjou and Abdelmalik Moujahid and N. Vélez de Mendizábal},
journal= {arXiv preprint arXiv:1204.3822},
year = {2012}
}