皮层模态中零滞后同步的机制

在多种实验数据集以及大脑的许多不同区域之间，已观察到远距离皮层区域间的零滞后同步。为了解释在长传导延迟存在下的这种等时同步，人们提出了几种计算机制：其中，“动态中继”现象——一种依赖于特定网络模态的机制——被证明对参数失配和系统噪声最具鲁棒性。令人惊讶的是，尽管学界普遍持相反观点，但共同驱动模态并非建立零滞后同步的可靠手段。尽管动态中继已在实证和计算研究中得到验证，但其深层动力学机制以及与其他模态动力学的比较尚显不足。通过系统地比较各种小型模态上的同步现象，我们确立了一个单一互连对（即“共振对”）的存在，在区分那些在传导延迟存在下促进零滞后同步的模态（如动态中继）与那些不能促进的模态（如共同驱动三合体）方面起着关键作用。值得注意的是，对共同驱动模态进行微小的结构改变以纳入一个互连对，即可恢复鲁棒的零滞后同步。这些发现在尖峰神经元、尖峰神经元群体以及神经质量模型的计算模型中均被观察到，并且无论振荡系统是周期的、混沌的、无噪声的还是由随机输入驱动的，该现象都会出现。共振对的影响对于模态元素间的参数失配和非对称时间延迟也具有鲁棒性。我们将这种促进零滞后同步的方式称为共振诱导同步，概述了其发生的条件，并提出它可能是促进大脑中零滞后同步的一种普遍机制。