Homoclinic bifurcations at tonic-firing to bursting transitions: underlying mechanisms and impact on neuronal synchronization

强直放电到爆发转变的同宿分叉:潜在机制及其对神经元同步的影响

基本信息

项目摘要

We propose a series of studies to elucidate the dynamical properties of a physiologically justified neuron model. Exploring the role of slow subthreshold currents in the model dynamics will play an essential role for understanding the mechanism of the neuron’s transition from a tonic firing state to a bursting state. This transition seems to be connected with the appearance of an unusual kind of homoclinic bifurcation first found in this model. Its description in terms of bifurcation theory is a central aspect of our proposed study. A more realistic theory of neuronal mechanisms has to take into account the role of noise. We will achieve this by applying Gaussian white noise to the ion flow kinetics which leads to a physiologically justifiable colored-noise perturbation of the membrane voltage. Since neurons usually act as parts of large networks, we will study the circumstances and various possible scenarios under which synchronization can be achieved or broken. Recent research hints at the aforementioned tonic-to-bursting transition to be the crucial ingredient that makes or breaks synchrony. We aim at finding out how and why this is so by building upon results obtained from our studies of the single-neuron dynamics.
我们提出了一系列的研究来阐明一个生理上合理的神经元模型的动力学特性。探索慢阈下电流在模型动力学中的作用,对于理解神经元从强直放电状态到爆发状态的转变机制具有重要意义。这种转变似乎与该模型中首次发现的一种不寻常的同斜分岔的出现有关。用分岔理论来描述它是我们提出的研究的一个中心方面。一个更现实的神经元机制理论必须考虑到噪声的作用。我们将通过将高斯白噪声应用于离子流动力学来实现这一点,这将导致生理上合理的膜电压的彩色噪声扰动。由于神经元通常作为大型网络的一部分,我们将研究同步可以实现或中断的情况和各种可能的情况。最近的研究表明,前面提到的从滋补到爆发的转变是实现或破坏同步的关键因素。我们的目标是通过建立我们从单神经元动力学研究中获得的结果,找出这是如何以及为什么会这样。

项目成果

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Phase description of the Huber-Braun neuron model for mammalian cold receptors
哺乳动物冷受体 Huber-Braun 神经元模型的阶段描述
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