Balancing central control and sensory feedback produces adaptable and robust locomotor patterns in a spiking, neuromechanical model of the salamander spinal cord
Notice bibliographique
Résumé
This study introduces a novel neuromechanical model employing a detailed spiking neural network to explore the role of axial proprioceptive sensory feedback, namely stretch feedback, in salamander locomotion. Unlike previous studies that often oversimplified the dynamics of the locomotor networks, our model includes detailed simulations of the classes of neurons that are considered responsible for generating movement patterns. The locomotor circuits, modeled as a spiking neural network of adaptive leaky integrate-and-fire neurons, are coupled to a three-dimensional mechanical model of a salamander with realistic physical parameters and simulated muscles. In open-loop simulations (i.e., without sensory feedback), the model replicates locomotor patterns observed in-vitro and in-vivo for swimming and trotting gaits. Additionally, a modular descending reticulospinal drive to the central pattern generation network allows to accurately control the activation, frequency and phase relationship of the different sections of the limb and axial circuits. In closed-loop swimming simulations (i.e. including axial stretch feedback), systematic evaluations reveal that intermediate values of feedback strength increase the tail beat frequency and reduce the intersegmental phase lag, contributing to a more coordinated, faster and energy-efficient locomotion. Interestingly, the result is conserved across different feedback topologies (ascending or descending, excitatory or inhibitory), suggesting that it may be an inherent property of axial proprioception. Moreover, intermediate feedback strengths expand the stability region of the network, enhancing its tolerance to a wider range of descending drives, internal parameters' modifications and noise levels. Conversely, high values of feedback strength lead to a loss of controllability of the network and a degradation of its locomotor performance. Overall, this study highlights the beneficial role of proprioception in generating, modulating and stabilizing locomotion patterns, provided that it does not excessively override centrally-generated locomotor rhythms. This work also underscores the critical role of detailed, biologically-realistic neural networks to improve our understanding of vertebrate locomotion.
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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 | 0,000 | 0,000 |
| 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 | 0,001 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 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 ».