皮层Up态中涨落的随机放大

皮层神经元是双稳态的；因此，其局部场电位可以在静息态与活跃态之间涨落，产生 0.5-2 Hz 的慢振荡，这被广泛称为 Up 与 Down 态之间的转换。尽管对 Up-Down 转换已有大量研究，但破译其本质、机制与功能至今仍是具有挑战性的任务。在本文中，我们关注近期的实验证据，表明一类自发振荡可在 Up 态内涌现。具体而言，在其相关功率谱中出现了约 20 Hz 处的一个非平凡峰，这导致高频段（30-90 Hz 频带）活动功率的增强。此外，Up 态内的这种节律似乎是一种涌现或集体现象，因为单个神经元并未锁定于该节律，它们在很大程度上保持非同步。值得注意的是，类似的振荡（及伴随的谱峰）并未在 Down 态中出现。在此，我们利用不同生理复杂度水平下的皮层网络动力学计算模型，对这些发现进行了阐释。我们的结论得到了理论与模拟的支持，即“涨落的随机放大”这一集体现象——先前在生态学与流行病学等其他背景中已有描述——以一种优雅且简约的方式，超越了模型依赖的细节，解释了这种仅在 Up 态而非 Down 态中涌现的额外节律。