具有硬边界的极限环变分与相位响应分析及其在神经力学控制问题中的应用

运动系统表现出整体的鲁棒性，但由于其高度非线性，理解其如何实现鲁棒性十分困难。在许多节律系统中，针对扰动的鲁棒性涉及轨迹形状和时序两方面的响应，这使得鲁棒性研究更具挑战性。为理解运动系统如何在可变环境中产生鲁棒行为，我们考察了海洋软体动物加州海兔（\textit{Aplysia californica}）进食器官运动模式的神经力学模型\citep{shaw2015,lyttle2017}。我们在\citep{WGCT2021}中建立了研究持续扰动下极限环系统形状与时序联合响应的工具，并在此应用这些工具研究该神经力学模型在吞咽过程中对抗增加机械负载的鲁棒性。有趣的是，我们发现非线性生物力学特性通过立即增加对施加负载的阻力来赋予系统弹性。相比之下，改变感觉反馈信号的影响因放电频率的硬边界特性而被显著延迟。我们的分析表明，感觉反馈主要通过改变运动周期动力冲程（回缩）中神经激活的时序来促进吞咽鲁棒性。这一效应使系统能够产生更强的回缩肌力以补偿增加的负载，从而实现强鲁棒性。我们用于理解海兔神经力学模型的方法以及所获得的结果，很可能为其他面临变化机械负载和硬边界（源于力学和神经元放电特性）的运动系统功能提供洞见。