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Enregistrement W4412987884 · doi:10.1101/2025.08.04.668381

Noisy neural systems with static and dynamic Hopf bifurcation parameters

2025· preprint· en· W4412987884 sur OpenAlexaff
Priscilla E. Greenwood, Lawrence M. Ward

Notice bibliographique

RevuebioRxiv (Cold Spring Harbor Laboratory) · 2025
Typepreprint
Langueen
DomaineNeuroscience
ThématiqueNeural dynamics and brain function
Établissements canadiensVancouver Coastal HealthUniversity of British Columbia
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésHopf bifurcationBifurcationBiological applications of bifurcation theoryComputer scienceNeural systemControl theory (sociology)Artificial intelligencePhysicsNonlinear systemPsychologyNeuroscience

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Abstract Stochastic neural oscillations may be quasi-cycles or stochastic limit cycles. Here we discuss how and when these arise in stochastic dynamical systems with Hopf bifurcations, and point to relevant mathematical results. We describe a new type of oscillation, quasi-limit-cycles, which are limit cycles stirred up by noise during time periods called ‘bifurcation delays’ in deterministic models. We define a class of models of neural activity all of which display Hopf bifurcations in their base (fixed bifurcation parameter) deterministic form. We then introduce a two-time, slow-fast, version of our model class, in which the bifurcation parameter, instead of being fixed, changes on a time scale slower than the time scale of the state variables. We demonstrate the effects of the slowly changing bifurcation parameter on the deterministic dynamics of the state variables, in particular ‘delayed bifurcation.’ We find a new understanding about the length of the delay. Most importantly, we display with simulations the effect of noise on the dynamics of both base system and slow-fast system models in our class. Adding noise to a slow-fast model eliminates the bifurcation delay and induces what we call ‘quasi-limit-cycles’ during the delay period. We measure the sizes of the quasi-limit-cycles and show that they are closely related to the sizes of the limit cycles that would arise from the same values of the bifurcation parameter in the deterministic base system. We conclude that, given the similarities of the dynamics of these models under moderate noise, there is little reason to favour one model over another when studying the behaviour of large groups of neurons, i.e., when used as neural mass models. Author summary Recordings of brain activity display noisy periodic oscillations. Many computational models of this oscillatory activity have what is called a ‘Hopf bifurcation.’ This is a point in the dynamic phase space at which solutions to the deterministic versions of the models change from having a stable fixed point to having a stable limit cycle. In this paper we define a new class of models of oscillatory brain activity all of which have Hopf bifurcations. We compute both deterministic and stochastic path solutions to the models. These solutions give additional insight into an intriguing phenomenon of these models when a parameter slowly changes, called ‘delayed bifurcation,’ as well as expanding our knowledge of their stochastic dynamics. In particular, we define and measure a new type of noisy oscillation, called ‘quasi-limit-cycles,’ that occur during a bifurcation delay in stochastic solutions. The stochastic versions of these models are roughly equally useful as neural mass models.

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)0,002
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Théorique ou conceptuel · Signal consensuel: aucune
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,002
Score d'incertitude au seuil0,006

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0000,002
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 ouverte0,0000,000
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 Opus0,015
Tête enseignante GPT0,219
Écart entre enseignants0,204 · 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'étudeThéorique ou conceptuel
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

Citations0
Publié2025
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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