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Enregistrement W2730888497 · doi:10.53846/goediss-2923

Synchronization, Neuronal Excitability, and Information Flow in Networks of Neuronal Oscillators

2012· dissertation· en· W2730888497 sur OpenAlexfundno aff
Christoph Kirst

Notice bibliographique

Revuenon disponible
Typedissertation
Langueen
DomaineNeuroscience
ThématiqueNeural dynamics and brain function
Établissements canadiensnon disponible
Organismes subventionnairesUniversity of California, San DiegoYork UniversityUniversity of PittsburghLudwig-Maximilians-Universität MünchenRadboud UniversiteitPrinceton University
Mots-clésSynchronization (alternating current)NeuroscienceAttractorNeurophysiologyBiological neural networkNetwork dynamicsComputer sciencePremovement neuronal activityPhysicsTopology (electrical circuits)MathematicsPsychology

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Synchronization is an omnipresent phenomenon in the dynamics of complex neuronal networks, emerging between single neurons as the simultaneous generation of action potentials and on larger spatial scales in the collective oscillations of neuronal ensembles. Synchronized neuronal activity is connected to various brain functions, neuronal processing and coding but is also associated with brain diseases. Several regulatory mechanism in the brain act locally by changing the dynamical properties of individual neurons or their synaptic connections. Understanding how local properties affect or even control the collective synchronization dynamics thus may provide helpful insights for the study of e.g. pathological synchronization or information transmission in the brain. In this dissertation, we theoretically and experimentally study how local properties of neurons or groups of neurons affect network wide synchronization, dynamic grouping and information routing. First, we propose and derive a general model of pulse-coupled neuronal threshold units with a partial reset that captures the response of neurons to supra-threshold stimulation. We analytically show that this partial reset controls a sequence of desynchronizing bifurcations that destabilize synchronized groups of neurons in the collective network dynamics. Moreover, we develop a general mathematical formalism to study the phase space structure of pulse-coupled units with delayed interactions and reveal that the partial reset controls a novel type of bifurcation scenario from unstable attractor networks prevalent in units with delayed pulse-coupling to heteroclinic switching dynamics. Second, we show that the excitability type of neurons, i.e. their intrinsic characteristic dynamics of generating action potentials, can be changed dynamically. For the general class of conductance based neuron models we analytically derive the bifurcation structure of the neuronal excitability transition and show that it can be induced by a change in neuronal morphology or in leak conductance. Using dynamic patch clamp experiments we confirm the main theoretical predictions, including a qualitative change in the relation between input current to output spike rate, a transition from integration to resonance properties and a region of bistable dynamics. The results indicate that synaptic activity is sufficient to dynamically induce this neuronal excitability switch, thereby providing a flexible mechanism for the dynamic control of synchronization and grouping of neurons in the collective network dynamics. Third, we study the impact of local changes on the information flow in neuronal networks undergoing collective neuronal oscillations. For the general class of stochastic phase-reduced oscillator networks we derive expressions for the delayed mutual information between clusters as a function of the underlying network structure. We use this theory to reveal how information can be rerouted dynamically by switching between different dynamical states. In hierarchical clustered networks we further show how local changes within a group of neurons control the global inter-cluster information flow. Finally, we confirm these findings in a more biophysical realistic network model of spiking neurons undergoing collective gamma oscillations and extend the results to information transfer in the precisely timed spike patterns.

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 machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,000
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,001
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: aucune
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: aucune
Score de désaccord entre enseignants0,001
Score d'incertitude au seuil0,004

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0000,001
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,000
Bibliométrie0,0000,000
Études des sciences et des technologies0,0000,001
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0000,001
Intégrité de la recherche0,0010,000
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0010,000

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 Opus0,009
Tête enseignante GPT0,224
Écart entre enseignants0,215 · 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 source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeSimulation ou modélisation
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

Citations7
Publié2012
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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