Brief wide-field photostimuli evoke and modulate oscillatory reverberating activity in cortical networks
利用光遗传学技术操纵细胞组装体是推进神经科学和神经工程的关键。在体内应用中，光刺激通常广泛地同时处理细胞群体，导致前馈和在复发性微电路中的回响响应。前者由下游靶点的直接激活引起，并且易于解释。后者是反馈连通性的结果，可以反映各种时间尺度和复杂的动力学性质。我们研究了体外皮层网络的宽场光刺激，采用基底集成微电极阵列和长期培养的神经元网络。我们的特点是短暂的光脉冲的影响，同时限制表达的通道视紫红质的主要神经元。我们诱发了强大的混响响应，在生理伽马频率范围内振荡，并发现这样的频率可以可靠地操纵，改变光脉冲的持续时间，而不是它的强度。通过药理学、数学建模和细胞内记录，我们得出结论，伽马振荡可能在体内从兴奋-抑制相互作用中出现，并且出乎意料地，光刺激短暂地促进兴奋性突触传递。在体外模型（dys）的功能性皮层微电路和细胞组装体的体内操作的相关性，我们给出了第一次证据的网络水平的后果，改变突触生理学的光遗传学
2016-04-07 q-bio.NC
A comparison of oscillatory characteristics in covert speech and speech perception
人们越来越多地研究隐性言语，即在头脑中无声地产生词语，以理解和解码思想。这项任务经常被比作言语感知，因为它在共同的大脑区域带来了类似的地形激活模式。在言语理解的研究中，神经振荡被认为在不同时间尺度的言语采样中起着关键作用。然而，很少有人知道的作用，振荡在隐蔽言语。在这项研究中，我们的目的是确定在何种程度上每个振荡频带用于加工的话在隐蔽的言语和言语知觉任务。第二，我们询问两个任务中的θ和γ活动是否通过相位振幅耦合（PAC）相关。首先，连续小波变换进行历元信号，随后两个类之间的双尾t检验进行，以确定在频率和时间的统计差异。虽然知觉任务动态地使用具有更突出的θ和γ活性的所有频率，但内隐任务倾向于具有显著高于知觉的γ活性的更高频率。此外，知觉条件产生了显著的θ-γ PAC，表明音节和语音采样的联系。虽然这在隐性条件下被抑制，但我们发现感知θ和隐性言语γ之间存在显著的伪耦合。我们报告说，隐蔽的语音处理主要是由更高的频率进行的，γ和θ波段可能在不同的任务中分别起着相似和不同的作用。这项研究是第一个特征的神经振荡参与的隐言语。未来的研究是针对探索振荡的特点和任务间的关系，更多样化的词汇。
2020-09-06 q-bio.NC
Statistical Mechanics of Spike Trains: Self-Consistent Activity Ensembles and Phase Transitions
Université Paris Cité（巴黎西岱大学）；Institute of Psychiatry and Neuroscience of Paris (IPNP)（巴黎精神病学与神经科学研究所）；INSERM U1266（法国国家健康与医学研究院 U1266）；Hôpital Fondation Adolphe de Rothschild（阿道夫·德·罗斯柴尔德基金会医院）；Medical University of Gdańsk（格但斯克医科大学）；Sorbonne Université（索邦大学）；CNRS（法国国家科学研究中心）；Laboratoire de Physique Théorique de la Matière Condensée, LPTMC（凝聚态物质理论物理实验室）；Institut Universitaire de France (IUF)（法兰西学院）；LIB, Sorbonne Université, INSERM, CNRS（索邦大学、法国国家健康与医学研究院、法国国家科学研究中心 LIB）；Institute of Theoretical and Applied Informatics, Polish Academy of Sciences（波兰科学院理论与应用信息学研究所）；International Centre for Theory of Quantum Technologies (ICTQT), University of Gdansk（格但斯克大学量子技术理论国际中心）
该研究提出脉冲神经元系统的统计力学框架，构建完整脉冲历史系综并分配有效能量泛函，表征振荡与非振荡活动的相变，通过序参量诊断 regime，经蒙特卡洛模拟验证自由能景观的预测。
2026-10-16 math-ph math.MP q-bio.NC
Optimal control of oscillatory neuronal models with applications to communication through coherence
本研究针对兴奋-抑制网络中的相干通信问题，利用相位-振幅约化和最优控制理论设计控制策略，使目标群体与特定输入同步，并证明了系统局部可控性。
2023-11-15 math.DS math.OC q-bio.NC
Identification of oscillatory brain networks with Hidden Gaussian Graphical Spectral models of EEG/MEG
针对 EEG/MEG 逆问题中功能网络模型设定错误导致的连接估计偏差，提出贝叶斯 HIGGS 模型识别振荡脑网络，并在模拟与猕猴同步 EEG/ECoG 实验中显著优于现有方法。
2022-10-25 q-bio.NC stat.ME
From Cortical Synchronous Rhythm to Brain Inspired Learning Mechanism: An Oscillatory Spiking Neural Network with Time-Delayed Coordination
Department of Psychiatry & Department of Computer Science（精神病学系与计算机科学系）
本文提出一种脑启发学习机制，通过迭代的自下而上和自上而下交互，实现认知层面的神经同步，利用振荡同步实现高效信息处理。
2026-05-03 cs.AI cs.LG q-bio.NC
Information capacity and transmission are maximized in balanced cortical networks with neuronal avalanches
皮层网络可以产生的神经活动模式的库限制了网络传输和处理信息的能力。在这里，我们测量的活动模式获得的多站点局部场电位（LFP）记录在皮层文化，氨基甲酸乙酯麻醉大鼠，清醒的猕猴。首先，我们量化的信息容量的模式剧目的持续和刺激诱发的活动使用香农熵。接下来，我们用互信息量化了刺激和反应之间的信息传递效率。通过系统地改变兴奋/抑制（E/I）在体外和网络模型中的比例，我们发现，在一个特定的中间E/I的信息容量和信息传输是最大化的，在这个中间E/I，正在进行的活动出现神经元雪崩。接下来，我们使用我们的体外和模型结果来正确预测体内信息容量和正在进行的活动中神经元组之间的相互作用。我们的实验和模型之间的密切协议表明，神经元雪崩和峰值信息容量的出现是由于临界性，是具有平衡的E/I的皮层网络的一般属性。
2010-12-16 cond-mat.dis-nn physics.bio-ph q-bio.NC
From Chaos to Coherence: Effects of High-Order Synaptic Correlations on Neural Dynamics
该研究针对高阶皮层连接结构与网络动力学关联理论缺失的问题，发现突触连接的三阶及以上循环相关性可抑制混沌、促进振荡或固定活动，且该相变与连接矩阵特征值支撑集尖点形成相关，还建立了活动维度与网络结构的关联。
2025-09-03 cond-mat.dis-nn physics.bio-ph q-bio.NC
Device for detection of activity-dependent changes in neural spheroids at MHz and GHz frequencies
本研究开发了一种利用接地共面波导阵列在MHz-GHz频率下向3D大鼠皮层神经元球体传递电磁波的装置，结合光遗传学同步检测，首次证实了电磁波通过神经组织的传输具有活动依赖性，为研究神经疾病机制和开发新疗法提供了新工具。
2024-09-25 cs.SY eess.SY q-bio.NC
Brain-inspired, interpretable, resonant recurrent neural networks
Boston University（波士顿大学）；Johns Hopkins University（约翰斯·霍普金斯大学）
本文提出了一种受生物神经网络启发的共振递归神经网络，通过引入阻尼振荡节点动力学，实现可解释的分类任务，展示了其在手写数字和模拟神经元尖峰活动分类中的有效性。
2026-03-16 q-bio.NC
Locking of correlated neural activity to ongoing oscillations
在皮层活动的介观信号中普遍观察到群体范围的振荡。在这些网络状态中，全局振荡周期调节神经元的放电倾向。神经元的同步激活被假设为大脑中信号处理信息的单独通道。因此，一个突出的问题是，振荡是否以及如何与尖峰同步相互作用，以及这些通道在多大程度上可以被认为是分开的。实验确实表明，相关尖峰与静态放电率共同调制，并且也紧紧锁定在β振荡的相位上。虽然在前馈网络中相关性对平均速率的依赖性是很好理解的，但仍然不清楚相关性为什么以及通过什么机制紧密锁定到振荡周期。我们在这里证明，这种相关的激活对神经元定性地解释了随机驱动的随机网络。我们确定的协方差依赖于驱动周期性刺激的机制。平均场理论结合线性响应理论给出了二元递归随机网络的循环平稳平均活动和两两零时滞协方差的封闭表达式。两种不同的机制导致时变协方差：单个神经元敏感性的调制（通过外部输入和网络反馈）和单个单元活动的时变方差。对于某些参数，有效抑制的经常性反馈导致共振协方差，即使平均活动显示非共振行为。我们的分析结果开放的问题，时间调制的同步活动的定量分析。
2017-07-03 cond-mat.dis-nn q-bio.NC
Cross-Population Amplitude Coupling in High-Dimensional Oscillatory Neural Time Series
Purdue University（普渡大学）；Carnegie Mellon University（卡内基梅隆大学）
本文提出了一种基于交叉相关分析的统计方法，用于高维振荡神经时间序列中跨脑区振幅耦合的量化分析。
2025-12-28 q-bio.NC stat.AP stat.ME
Transient Information Flow in a Network of Excitatory and Inhibitory Model Neurons: Role of Noise and Signal Autocorrelation
我们研究了稀疏连接的整合-激发神经元网络在超短期信息处理中的性能。我们利用这样一个事实，即具有平衡的激励和抑制的网络的群体活动可以从振荡发射制度切换到异步不规则发射或静止的状态，这取决于外部背景尖峰的速率。我们发现，在信息缓冲方面，网络在适度的非零噪声量下表现最好。类似于随机共振现象，性能随着噪声水平的升高和降低而降低。噪声的最佳量对应于静态和随机动态之间的过渡区。这提供了一个潜在的解释的作用，非振荡人口活动在一个简化的模型皮质微电路。
2005-02-23 q-bio.NC
Role of NMDA conductance in average firing rate shifts caused by external periodic forcing
一种被广泛接受的大脑计算观点依赖于群体编码，其中神经系综放电率以稳定的方式被调制以传输信息并执行各种认知任务。同时，在认知过程中，振荡神经活动在频率、相干性和功率方面受到特定的调制。发射率和振荡如何相互作用仍然是一个突出的问题。在本文中，我们发展了一个理论之间的相互作用的振荡信号和放电率的神经元群体的基础上活动的非线性电压依赖性NMDA突触。值得注意的是，我们表明，在何种条件下振荡输入可以控制平均射击率而不失去稳定性。使用数学分析和模拟的平均场模型，我们证明了兴奋性和抑制性神经元上的NMDA突触的存在是正弦振荡显着和稳定地增加放电率的关键。我们将振荡诱导的平均放电率转变描述为快突触权重和慢突触权重的函数，并展示了参数区域，其中所研究的效果最为明显。我们的工作结果可能有助于识别的神经回路，允许建设性的控制的大规模神经振荡的发射率代码的属性。
2018-12-10 q-bio.NC
Short term memory by transient oscillatory dynamics in recurrent neural networks
尽管短时记忆在认知功能中具有重要意义，但在神经活动动力学中编码和维持输入信息的过程仍然是难以捉摸的。在此，我们揭示了瞬态神经动力学的短期记忆的意义。通过对循环神经网络进行短时记忆任务的训练和动力学分析，得到了短时记忆机制的特点，即输入信息编码在瞬时振荡的幅度中，而不是平稳的神经活动中。这个短暂的轨迹被吸引到一个缓慢的流形，这允许丢弃不相关的信息。此外，我们研究的过程中获得的动态噪声的鲁棒性。在这种瞬态振荡中，通过扰动后的神经状态在流形上的强烈收缩来获得对噪声的鲁棒性。这种机制适用于几种神经网络模型和任务，这意味着它与一般的神经信息处理相关。
2021-08-14 nlin.AO q-bio.NC
Multi-Objective Optimisation with Oscillatory Dynamics in Spontaneous and Decision Spiking Neural Networks
Intelligent Systems Research Centre, School of Computing, Engineering and Intelligent Systems, Ulster University（阿尔斯特大学计算、工程与智能系统学院智能系统研究中心）
本研究扩展了遗传算法（NSGA-III）在基于Izhikevich神经元的递归脉冲神经网络上的应用，通过优化连接参数以同时匹配目标神经元群体发放率和网络振荡频率，并在自发活动模型、低激活脑类器官和决策模型中验证了其有效性。
2026-05-24 q-bio.NC
Great expectations in music: violation of rhythmic expectancies elicits late frontal gamma activity nested in theta oscillations
节奏处理涉及根据听觉事件的分层时间结构建立期望。虽然节奏处理已经解决了预测编码的上下文中，在不同的皮层区域的振荡响应的属性仍然不清楚。我们探讨了神经反应的振荡特性，节奏不一致，并探讨了多个频率之间的交叉频率耦合，以提供预测编码和节奏感知的概念之间的联系。我们设计了一个实验来研究神经对节奏偏差的反应，其中音调比预期的更早到达或音调在相同的韵律位置被省略。这两种操作对节奏结构的调节不同，前者比后者对音乐刺激的一般结构产生更大的破坏。这两个偏差导致MMN反应，而只有节奏偏差导致随后的P3 A。节奏偏差，由于早期出现的音调，但不是遗漏偏差，引起了后期高伽玛反应（60-80赫兹）在结束时的P3 a在左额区，有趣的是，与P3 a振幅在同一地区，也嵌套在θ振荡。与节律偏差相关的引发的高频伽马振荡的时间表明，它可能与预测神经模型的更新有关，对应于更高级别皮层区域中事件的时间结构。
2020-11-25 q-bio.NC
Reliability of signal transmission in stochastic nerve axon equations
我们介绍了一种方法，用于计算概率的自发活动和传播失败的动作电位在空间扩展，基于电导的神经元模型受到通道噪声，基于膜电位的统计特性。我们比较不同的估计器的检测质量，计算成本和鲁棒性，并提出沿轴突的膜电位的积分作为一个适当的估计，以检测自发活动和传播失败。执行模型简化，我们实现了一个简化的解析表达式的基础上的线性化在静息电位（分别）。移动动作电位（traveling action potential）这允许近似的概率自发活动和传播失败的一维线性随机微分方程的（经典）命中概率。质量的近似相对于噪声幅度进行了讨论和说明与空间扩展的霍奇金-赫胥黎的数值结果。
2016-03-21 math.DS math.PR q-bio.NC
State Space Models Naturally Produce Time Cell and Oscillatory Behaviors and Scale to Abstract Cognitive Functions
University of Michigan（密歇根大学）
本文提出基于状态空间模型的生物模型，通过最优预配置和旋转动力学产生时间细胞等神经行为，并能扩展到抽象认知功能。
2026-10-15 cs.LG q-bio.NC
Phase codes emerge in recurrent neural networks optimized for modular arithmetic
Princeton Neuroscience Institute（普林斯顿神经科学研究所）；Princeton University（普林斯顿大学）
研究发现，在无振荡偏置的条件下，RNNs可通过任务优化自然产生相位码解，并揭示了RNNs在模运算任务中存在多种不同动态机制的解。
2025-11-30 cs.AI cs.NE q-bio.NC
Theory of enhanced-by-coincidence neural information transmission
该研究通过解析建模揭示，在特定条件下突触前输入的时间相关性虽降低编码信息，却能增强下游LIF神经元读出的刺激可辨别性，阐明了编码与读出相结合的原理。
2025-07-23 cond-mat.dis-nn q-bio.NC
Stimulus - response curves of a neuronal model for noisy subthreshold oscillations and related spike generation
我们研究了一个噪声离子电导模型在膜电位和相关尖峰产生的内在阈下振荡的刺激依赖性调谐特性。在施加电流去极化时，该模型表现出亚阈值振荡活动，当振荡达到尖峰阈值时偶尔会产生尖峰。我们考虑如何施加的电流量，噪声强度，最大电导值的变化和缩放到不同的温度范围内改变模型的电压迹线，interspike间隔及其统计和平均尖峰频率曲线的响应。我们证明，阈下振荡神经元在噪声的存在下，可以灵敏地，也可以选择性地调整依赖于刺激的模型参数的变化。
2005-09-22 q-bio.NC
Phase-of-firing code
定义.激发相位编码是一种神经编码方案，神经元利用它们在网络活动的持续振荡模式的周期内激发尖峰的时间来编码信息。该编码方案可以允许神经元使用其尖峰的时间模式来编码未在其激发速率中编码的信息。
2015-04-15 q-bio.NC
Subthreshold dynamics of the neural membrane potential driven by stochastic synaptic input
在大脑皮层中，神经元受到来自网络背景活动的突触输入的连续轰击。这导致了持续的，主要是阈下的膜动力学，这取决于背景活动和神经元上突触的统计数据。阈下膜极化反过来又是神经反应的有效调节剂。本文分析了稳态统计量突触输入驱动的神经膜电位的阈下动力学。突触输入被认为是线性相互作用。该分析确定制度的输入统计，从而引起平稳，波动，振荡和不稳定的动态。特别是，我表明，（一）单纯的噪声输入可以驱动膜电位持续，准周期振荡（噪声驱动的振荡），在没有刺激源性，神经内，或网络起搏器;（二）添加超极化去极化突触输入可以增加神经活动（超极化引起的活动），在超极化激活电流的情况下。
2002-09-26 cond-mat.dis-nn physics.bio-ph q-bio.NC
Cortical Dynamics of Neural-Connectivity Fields
本研究将广义振荡动力学纳入神经场理论，证明各向异性和波动连接仍可维持振荡，并提出连接场框架以整合赫布与非赫布可塑性。
2024-10-22 q-bio.NC
Information reduction in a reverberatory neuronal network through convergence to complex oscillatory firing patterns
本研究通过模拟9个神经元组成的全连接回响神经网络，发现83%的初始刺激会使网络收敛至共102种不同的周期放电终态，神经元放电是轨迹合并的必要条件，该自组织现象可为感知与记忆机制提供模型参考。
2017-10-12 q-bio.NC
Altered patterning of neural activity in a tauopathy mouse model
本研究通过分析中等时间尺度的脉冲序列与振荡电位波形，发现tau蛋白病小鼠海马回路的神经活动结构早期即出现紊乱并随年龄累积，揭示了传统方法未发现的神经动力学破坏新层面。
2024-03-23 q-bio.NC
