Turing instabilities in a mean field model of electrocortical activity
Notice bibliographique
Résumé
The mean field model formulated by Liley et al. [1] describes the membrane potential and synaptic interaction of excitatory and inhibitory neuron populations in a two-dimensional slab of cortical tissue. When complemented with periodic boundary conditions, it yields a set of fourteen coupled partial differential equations that encompass both highly nonlinear local interaction and long-range interaction through cable equations. We consider these equations as an autonomous dynamical system and aim to parse it using bifurcation analysis. We focus in particular on Turing-type bifurcations from spatially homogeneous equilibria to time-periodic patterns. Such bifurcations have been considered in simplified models but, to the best of our knowledge, not in a physiologically realistic setting [2]. In this study, we fix the model parameters to values that have previously been shown to lead to physiologically interesting γ-range activity [3]. We locate the primary instability when varying the inhibitory-to-inhibitory connection density, known to strongly affect the power spectrum, and the system size. Although for small system size, spatially homogeneous periodic solutions appear, for system sizes of a few square centimeters we observe centimeter-scale, oscillating patterns, which appear in subcritical Hopf bifurcations and have a strong γ-band component in their power spectrum. An example is shown in Fig. Fig.1,1, for a domain of 12.8 by 12.8cm. The black curve denotes stable (solid) and unstable (dashed) equilibria, and the blue curve denotes spatially homogeneous periodic solutions. The latter can be stable to spatially homogeneous perturbations. The primary instability corresponds to a spatial wave number two in both directions. The inlay shows a snapshot of the excitatory membrane potential for the corresponding, mildly unstable, periodic solution near the Hopf bifurcation. Figure 1 Partial bifurcation diagram of the mean-field model. A periodic solution (blue) bifurcates from an equilibrium (black), both spatially homogeneous. The primary instability, however, is a Turing bifurcation to the pattern in the left inlay. The second ... We have implemented a time-stepper in the open-source PETSc environment [4]. It uses a finite difference approximation for the Laplacian and first order implicit time stepping, both for the field equations and for the tangent linear model. The distribution of the grid over CPUs is automated, allowing for efficient parallel computation. This code can be used for the computation of equilibria, traveling waves, periodic orbits, manifolds and other building blocks of dynamical systems analysis, leading to a greater insight in the model's behaviour than could previously be extracted from analysis of spatially homogeneous solutions alone.
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 enseignantsNi 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.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
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.
score_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 découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».