模块化结构促进神经元网络中噪声驱动同步性的控制

脑功能既需要在专门回路中对信息进行分离处理，也需要在回路间进行整合以执行高层信息处理。实现这些看似对立需求的一种可能方式是灵活地在同步与较不同步状态间切换。理解复杂同步模式如何受网络结构与外部扰动相互作用的控制，因此是神经科学的核心挑战，但此类相互作用背后的机制仍不清楚。在此，我们利用精密神经工程操控培养神经元网络，表明模块化结构促进异步刺激下的去同步，使外部噪声成为同步性的控制参数。随后使用脉冲神经元模型，我们证明外部噪声可降低可用突触资源水平，使模块间相互作用更具随机性，从而促进同步的瓦解。最后，将模块间随机相互作用的现象学表述为一个包含信号传播状态依赖门控机制的介观模型。综上，我们的结果展示了一种网络机制，借此异步输入可调节兴奋单元结构化网络中的固有动力学状态。