Variational and phase response analysis for limit cycles with hard boundaries, with applications to neuromechanical control problems
Notice bibliographique
Résumé
Motor systems show an overall robustness, but because they are highly nonlinear, understanding how they achieve robustness is difficult. In many rhythmic systems, robustness against perturbations involves response of both the shape and the timing of the trajectory. This makes the study of robustness even more challenging. To understand how a motor system produces robust behaviors in a variable environment, we consider a neuromechanical model of motor patterns in the feeding apparatus of the marine mollusk Aplysia californica (Shaw et al. in J Comput Neurosci 38(1):25-51, 2015; Lyttle et al. in Biol Cybern 111(1):25-47, 2017). We established in (Wang et al. in SIAM J Appl Dyn Syst 20(2):701-744, 2021. https://doi.org/10.1137/20M1344974 ) the tools for studying combined shape and timing responses of limit cycle systems under sustained perturbations and here apply them to study robustness of the neuromechanical model against increased mechanical load during swallowing. Interestingly, we discover that nonlinear biomechanical properties confer resilience by immediately increasing resistance to applied loads. In contrast, the effect of changed sensory feedback signal is significantly delayed by the firing rates' hard boundary properties. Our analysis suggests that sensory feedback contributes to robustness in swallowing primarily by shifting the timing of neural activation involved in the power stroke of the motor cycle (retraction). This effect enables the system to generate stronger retractor muscle forces to compensate for the increased load, and hence achieve strong robustness. The approaches that we are applying to understanding a neuromechanical model in Aplysia, and the results that we have obtained, are likely to provide insights into the function of other motor systems that encounter changing mechanical loads and hard boundaries, both due to mechanical and neuronal firing properties.
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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 | 0,002 | 0,007 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,002 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,002 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,002 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,003 |
| Intégrité de la recherche | 0,002 | 0,002 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,004 | 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 ».