Exact mean-field models for spiking neural networks with adaptation
Notice bibliographique
Résumé
Abstract Networks of spiking neurons with adaption have been shown to be able to reproduce a wide range of neural activities, including the emergent population bursting and spike synchrony that underpin brain disorders and normal function. Exact mean-field models derived from spiking neural networks are extremely valuable, as such models can be used to determine how individual neuron and network parameters interact to produce macroscopic network behaviour. In the paper, we derive and analyze a set of exact mean-field equations for the neural network with spike frequency adaptation. Specifically, our model is a network of Izhikevich neurons, where each neuron is modeled by a two dimensional system consisting of a quadratic integrate and fire equation plus an equation which implements spike frequency adaptation. Previous work deriving a mean-field model for this type of network, relied on the assumption of sufficiently slow dynamics of the adaptation variable. However, this approximation did not succeed in establishing an exact correspondence between the macroscopic description and the realistic neural network, especially when the adaptation time constant was not large. The challenge lies in how to achieve a closed set of mean-field equations with the inclusion of the mean-field expression of the adaptation variable. We address this problem by using a Lorentzian ansatz combined with the moment closure approach to arrive at a mean-field system in the thermodynamic limit. The resulting macroscopic description is capable of qualitatively and quantitatively describing the collective dynamics of the neural network, including transition between tonic firing and bursting. We extend the approach to a network of two populations of neurons and discuss the accuracy and efficacy of our mean-field approximations by examining all assumptions that are imposed during the derivation. Numerical bifurcation analysis of our mean-field models reveal bifurcations not previously observed in the models, including a novel mechanism for emergence of bursting in the network. We anticipate our results will provide a tractable and reliable tool to investigate the underlying mechanism of brain function and dysfunction from the perspective of computational neuroscience.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi 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.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,002 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,002 | 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 source (Gemma direct ou Codex distillé), 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 ».