Brain rhythm bursts are enhanced by multiplicative noise
Notice bibliographique
Résumé
Many healthy and pathological brain rhythms, including beta and gamma rhythms and essential tremor, are suspected to be induced by noise. This yields randomly occurring, brief epochs of higher amplitude oscillatory activity known as "bursts," the statistics of which are important for proper neural function. Here, we consider a more realistic model with both multiplicative and additive noise instead of only additive noise, to understand how state-dependent fluctuations further affect rhythm induction. For illustrative purposes, we calibrate the model at the lower end of the beta band that relates to movement; parameter tuning can extend the relevance of our analysis to the higher frequency gamma band or to lower frequency essential tremors. A stochastic Wilson-Cowan model for reciprocally as well as self-coupled excitatory (E) and inhibitory (I) populations is analyzed in the parameter regime where the noise-free dynamics spiral in to a fixed point. Noisy oscillations known as quasi-cycles are then generated by stochastic synaptic inputs. The corresponding dynamics of E and I local field potentials can be studied using linear stochastic differential equations subject to both additive and multiplicative noises. As the prevalence of bursts is proportional to the slow envelope of the E and I firing activities, we perform an envelope-phase decomposition using the stochastic averaging method. The resulting envelope dynamics are uni-directionally coupled to the phase dynamics as in the case of additive noise alone but both dynamics involve new noise-dependent terms. We derive the stationary probability and compute power spectral densities of envelope fluctuations. We find that multiplicative noise can enhance network synchronization by reducing the magnitude of the negative real part of the complex conjugate eigenvalues. Higher noise can lead to a "virtual limit cycle," where the deterministically stable eigenvalues around the fixed point acquire a positive real part, making the system act more like a noisy limit cycle rather than a quasi-cycle. Multiplicative noise can thus exacerbate synchronization and possibly contribute to the onset of symptoms in certain motor diseases.
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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 | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,001 |
| Communication savante | 0,000 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
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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 ».