群体渗流模型中神经元培养物的领导者

我们提出了一个使用群体渗流理论描述神经培养物中活动起始的理论框架。培养物被建模为随机图，其节点是具有k个输入和k个输出的兴奋性神经元，输入度k服从给定的分布函数p_k。我们根据输入度类别检查神经元群体的放电活动，并计算每个类别的放电概率Φ_k(t)作为t的函数。发现节点放电的概率由其入度k决定，最先放电的神经元是那些具有高k值的神经元。一小部分高k类别的神经元可被称为“领导者”，因为它们形成了一个相互连接的子网络，其放电时间始终远早于培养物的其余部分。一旦活动开始，它就会从领导者传播到连接较少的多数培养物。然后，我们利用领导者入度分布来研究爆发中活跃神经元数量的增长率，实验测量表明该增长率最初是指数级的。我们发现，这种增长率最好由以下群体描述：对于大多数神经元，其入度分布是以k=75为中心、宽度σ=31的高斯分布，但对于10%的群体，其入度分布具有指数为-2的幂律尾部。尾部的神经元可能拥有多达k=4700个输入。我们探索并讨论了度分布与动态神经元阈值之间的对应关系，表明从功能角度来看，结构和基本动力学是可互换的。我们讨论了这种分布可能的几何起源，并评论了培养物中规模（即拥有大量神经元）的重要性。