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Enregistrement W2110825799 · doi:10.1186/1471-2202-12-s1-p197

Metabifurcation analysis unveils hidden dynamical structure of a neural population model

2011· article· en· W2110825799 sur OpenAlexaff
Federico Frascoli, Lennaert van Veen, Ingo Bojak, David T. J. Liley

Notice bibliographique

RevueBMC Neuroscience · 2011
Typearticle
Langueen
DomaineNeuroscience
ThématiqueNeural dynamics and brain function
Établissements canadiensUniversity of Ontario Institute of Technology
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésParameter spaceBifurcationPopulationAttractorStatistical physicsMathematicsDynamical systems theoryArtificial neural networkComputer scienceArtificial intelligencePhysicsMathematical analysisStatisticsNonlinear system

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

In a forthcoming publication [1], we find links between the physiological parameters and dynamics of a neural population model (NPM), which are not accessible by conventional methods. They emerge only when parameter space is systematically partitioned according to bifurcation responses, a method we call “metabifurcation analysis”. This is made possible by an automated bifurcation analysis of a large sample of admissible parameter sets and generalizes straightforwardly to the investigation of other models with large and complex parameter spaces. We study concretely the Liley NPM, which requires 29 different - biologically meaningful - parameters to be specified for bulk activity. In Ref. [2], 73,454 parameter sets were found that generate EEG power spectra predictions closely resembling those of human wakeful rest (“alpha sets”) at physiological neural firing rates. However, like many biologically realistic models (e.g., the Jansen-Rit NPM [3]), the Liley NPM supports a rich variety of dynamics which are generally distributed “fractally” over parameter space. Consequently, “alpha sets” are spread seemingly randomly throughout parameter space and hence a systematic classification of their dynamics and physiological correlations proves difficult. By studying bifurcation diagrams of a sub-sample of 405 “alpha sets”, we discovered that without exception all of them could be classified into two distinct dynamical families with regards to a continuation in R, governing overall inhibitory synaptic strength, and k, the relative effect of inhibition on excitatory vs. inhibitory subpopulations. Essentially, Family 1 (F1) has two almost parallel saddle-node lines in the R-k plane, whereas Family 2 (F2) sports two cusp points organizing two saddle-node wedges. We then sorted all 73,454 “alpha sets” into F1 and F2, respectively, by an automated procedure using AUTO-07P [4] that examined these distinctive features. Four important results were obtained by this bifurcation partitioning: 1) Reactions to the modeled application of the anesthetic agent isoflurane differ, with F2 being three times as likely as F1 to show strong, transient spectral power increases. 2) Exogenous stimuli modeled by thalamic input can control transitions between the dynamic families. 3) Distributions of the values of two excitatory population parameters differed strongly between F1 and F2, providing the potential for endogenous control. 4) The repertoire of (multi)stable oscillations for variations of inhibitory strength R was much more extensive for F2. In summary, we showcase here a new method for partitioning the complex parameter spaces of biologically realistic models according to their bifurcation behavior: “metabifurcation analysis”. For the Liley NPM, we find that one can classify “alpha sets” into two dynamical families that one can speculatively consider as representing “explorative” (F2, multistable oscillatory dynamics) and “consolidating” (F1, simple noise filter dynamics) brain states, where transitions between F1 and F2 are possible via exogenous stimuli.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction distillée sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,000
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,001
Version: codex-gemma-dda1882f352aStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Expérimental (laboratoire) · Signal consensuel: aucune
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,897
Score d'incertitude au seuil0,642

Scores Codex et Gemma par catégorie

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0000,001
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,000
Bibliométrie0,0000,002
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0000,001
Science ouverte0,0000,000
Intégrité de la recherche0,0000,000
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0000,000

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,068
Tête enseignante GPT0,273
Écart entre enseignants0,206 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeExpérimental (laboratoire)
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations0
Publié2011
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