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Physics of neural networks with non-additive coupling

非加性耦合神经网络物理学

基本信息

批准号：
192648454
负责人：
Professor Dr. Marc Timme, Ph.D.
金额：
--
依托单位：
Institut für Theoretische Physik
依托单位国家：
德国
项目类别：
Research Grants
财政年份：
2011
资助国家：
德国
起止时间：
2010-12-31 至 2014-12-31
项目状态：
已结题

来源：
https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/192648454?language=en
关键词：
Physics neural networks non additive

项目摘要

Raum-zeitlich koordinierte Spike-Aktivität wurde experimentell in verschiedenen neuronalen Systemen gefunden. Besonders häufig treten zeitlich gelockte Spikes, überzufällige Synchronisation (unitary event) und komplexere Spike-Muster auf; sie wurden nicht nur in verschiedenen zentralen Mustergeneratoren etabliert, sondern z.B. auch in Sensor-/Motor-Arealen von Vögeln und in kortikalen Arealen wacher Affen. Solche koordinierte Spike-Aktivität korreliert mit sensorischen Stimuli und internen Erwartungszuständen und wird daher als eine Schlüsseleigenschaft neuronaler Verarbeitung diskutiert. Ihr dynamischer Ursprung ist allerdings noch nicht gut verstanden.Eine aktuelle Theorie, welche die Ausbreitung synchroner Aktivität - ein möglicher Mechanismus für raumzeitlich koordinierte Spike-Aktivität - unterstützt, ist die der sogenannten Synfire-Ketten. Hier sind Gruppen von Neuronen simultan aktiv und verschiedene solche Gruppen sind stark unidirektional miteinander verschaltet, so dass synchrone Aktivität sich entlang der Ketten ausbreiten kann.Eine solche stark vernetzte Vorwärtsverschaltung wurde allerdings nicht beobachtet, ist anatomisch fragwürdig und kann zudem funktionelle Probleme wie epileptische Aktivität erzeugen, d.h. Synchronizität, die sich über zu große Teile oder sogar vollständige lokale Schaltkreise ausbreitet. Vor kurzem wurde eine nichtlineare Verstärkung einkommender prä-synaptischer Signale experimentell in neuronalen Dendriten sowohl im Hippocampus als auch in anderen neo-kortikalen Arealen gefunden. Eine solche dendritische Nichtlinearität stellt einen vielverspechenden Kandidaten für die emergente Erzeugung von Synchronie dar. Systematische theoretische oder numerische Studien zum Einfluss nichtlinearer dendritischer Verstärkung auf die kollektive Dynamik spikender neuronaler Netzwerke existieren bisher allerdings nicht.Im vorgeschlagenen Projekt werden wir die Frage untersuchen, wie dendritische Nichtlinearitäten helfen können, neuronale Spike-Aktivität raum-zeitlich zu koordinieren und insbesondere zu synchronisieren. Der Fokus der Arbeit liegt auf der Beantwortung der Frage, ob und wie lokale nichtlineare Verstärkung die Notwendigkeit stark vernetzter Vorwärtsverschaltung reduzieren kann, einerseits durch dynamische 'feed-forward' Mechanismen, andererseits durch kollektive rekurrente Mechanismen. Eine erfolgreiche Studie kann eine einheitliche Sicht darauf bieten, wie neuronale Schaltkreise mit biologisch beobachteter, anatomisch spärlicher Konnektivität dennoch in robuster Weise neuronale Aktivität raum-zeitlich koordinieren kann.

我们在神经元系统中进行了一项实验，以确定Spike-Aktivität的空间时间。Besonders häufig treten zeitlich gelockte Spikes，überzufälige Synchronisation（unitary event）und komplexere Spike-Muster auf; sie wurden nicht努尔in versatile edenen zentralen Mustergeneratoren etabliet，sondern z.B.在Sensor-/Motor-Arealen von Vögeln和kortikalen Arealen wacher Affen中也是如此。Solche coordinierte Spike-Aktivität korreliert mit sensorischen Stimuli und internen Erwartungszuständen und wird daher als eine Schlüsseleigenschaft neuronaler Verarbeitung diskutiert.你的动力学Ursprung ist allerdings noch gut verstanden.Eine aktuelle Theorie，welche die Ausbreitung synchroner Aktivität - ein möglicher Mechanismus für raumzeitlich koordinierte Spike-Aktivität - unterstützt，ist die der sogenannten Synfire-Ketten.这里的神经元群同时具有兴奋性和兴奋性，因此，同步兴奋性可以与Ketten的兴奋性相结合。一个明显的兴奋性前向兴奋性的神经元群不能被观察到，它的解剖结构是碎片化的，可以与癫痫性兴奋性相关的功能性问题，d. h。同步性，这些都是巨大的Teile或巨大的本地Schaltkreise ausbreitet。Vor kurzem wurde eine nichtlineare Verstärkung einkommender prä-synaptischer Signale experimentell in neuronalen Dendriten sowohl in Hippocampus also in anderen neo-cortikalen Arealen gefunden. Eine solche dendritische Nichtlinearität stelt einen vielverspechenden Kandidaten für die emergente Erzeugung von Synchronie dar. Systematische theoretische oder numerische zum Einfluss nichtlinearer dendritischer Verstärkung auf die kollektive Dynamik spikender neuronaler Netzwerke approtieren bisher alertings nicht.Im vorgeschlagenen韦韦尔登wir die Frage untersuchen，wie dendritische Nichtlinearitäten helfen könnnen，neuronale Spike-Aktivität raum-zeitlich kordinieren und zu insondere zu synchronisieren. Der Fokus der Arbeit liegt auf der Beantwortung der Frage，ob and wie lokale nichtlineare Verstärkung die Notwendigkeit stark vernetzter Vorwärtsverschaltung reduzieren kann，einerseits durch dynamische 'feed-forward' Mechanismen，andererseits durch kollektive rekurrente Mechanismen.一项实验研究可以提供一个完整的实验，就像神经元的Schaltkreise与生物学、解剖学和神经活动的关系一样。