Toward a Dynamical Taxonomy of Insomnia: A Multiaxial Framework for Sleep-State Transitions and Architectural Failure
NeuroLight, Inc.（NeuroLight公司）
本研究提出多轴动态框架，以失效的动态运作等为候选特征，用于失眠的分类，其可改善交流、分层与预测，框架为现象学组织模型而非新诊断系统。
2026-08-07 physics.bio-ph q-bio.NC
The interplay between long- and short-range temporal correlations shapes cortex dynamics across vigilance states
越来越多的证据表明，在唤醒过程中的皮层动力学表现出长距离的时间相关性，适合于在较长的时间内整合输入，以增加决策和工作记忆任务的信噪比。因此，睡眠被认为是一种以长程相关性的崩溃为特征的状态;然而，迄今为止还缺乏支持这一观点的神经元时间尺度的详细测量。在这里，我们表明，在清醒状态下的自由行为大鼠在单个神经元水平上测量的长时间尺度在非快速眼动（NREM）睡眠期间被废除。我们提供的证据存在两个不同的状态，在皮层的时标动态：一个是其特征在于长时间尺度，占主导地位的清醒和REM睡眠，第二个特点是没有长距离的时间相关性的特点NREM睡眠。我们观察到，这两种时间尺度制度可以共存，并且结合起来，导致长时间尺度在延长的觉醒期间明显逐渐下降，并在睡眠后恢复。我们的研究结果提供了一个丢失的链接之间观察到的长时间尺度在清醒期间的个别神经元波动和报告的长期相关性缺乏在深睡眠期间的EEG和fMRI研究。他们还提出了睡眠的网络级功能，将皮层网络重新组织到由缓慢的皮层动力学控制的状态，以确保清醒时的最佳功能。
2017-06-12 nlin.AO q-bio.NC
Sleep EEG Signal Criticality as a Non-Invasive Predictor of Cognitive Decline in Dementia
Institute of Cybernetics and Human Informatics, Polish Academy of Sciences（波兰科学院信息学与人类科学研究所）
研究通过多重分形去趋势波动分析量化睡眠脑电信号临界性，发现认知健康者更接近最优临界状态，痴呆组DFA指数向1.0偏移，表明睡眠中无标度神经动力学重组先于临床症状，可作为早期筛查工具。
2026-06-09 cs.LG q-bio.NC
A distributed-delay Wilson-Cowan model of sleep-related rhythms in the corticothalamic system
West University of Timişoara（蒂米什瓦拉西部大学）；SUNY New Paltz（纽约州立大学新帕尔茨分校）
该研究构建含皮质、丘脑相关群体的四群体Wilson-Cowan模型，发现皮质丘脑回路的节律动力学不仅取决于连接性，还受分布式延迟耦合的时间组织影响，揭示了睡眠相关节律的调控机制。
2026-09-02 q-bio.NC
Spike Avalanches Exhibit Universal Dynamics across the Sleep-Wake Cycle
在细胞培养物和切片以及麻醉和清醒的大脑中观察到了尺度不变的神经元雪崩，这表明大脑在临界状态附近运行，即雪崩传播和灭绝之间的狭窄范围内。从理论上讲，临界性为大脑的行为提供了许多理想的特征，优化了计算能力，信息传输，对感官刺激的敏感性和记忆库的大小。然而，在自由行为（FB）动物的神经元雪崩的彻底表征仍然缺失，从而提高了怀疑他们的脑功能的相关性。为了解决这个问题，我们采用长期植入的多电极阵列（MEA）记录雪崩的尖峰从大脑皮层（V1和S1）和海马（HP）的14只大鼠，因为他们自发地穿越觉醒-睡眠周期，探索新的对象或进行麻醉（AN）。然后，我们模拟尖峰雪崩，以评估其统计稀疏MEA采样的影响。我们发现，穗雪崩的大小分布是很好的拟合对数正态分布在FB动物，和截断的权力法律在AN组。FB数据的特点还在于多个关键功能兼容的临界在时间域中，如1/f谱和长期相关性，通过去趋势波动分析测量。这些特征在清醒、慢波睡眠和快速眼动睡眠中非常稳定，但在麻醉期间会崩溃。同样，等待时间分布服从一个单一的标度函数在所有的自然行为状态，但不是在麻醉期间。从V1、S1和HP记录的神经元集合的结果是等同的。总而言之，这些数据提供了行为和大脑临界性之间的全面联系，揭示了所有主要行为中尖峰雪崩的独特尺度不变机制。
2011-01-10 physics.data-an q-bio.NC
Characterizing sleep stages through the complexity-entropy plane in human intracranial data and in a whole-brain model
本文通过复杂度-熵平面分析106名患者颅内记录的四个睡眠阶段时间序列，用Bandt和Pompe符号方法计算WPE与SCM，且全脑AdEx神经元网络模型可复现实证结果，SVM分类皮质状态准确率高。
2025-11-12 physics.bio-ph q-bio.NC
Dreams, endocannabinoids and itinerant dynamics in neural networks: re elaborating Crick-Mitchison unlearning hypothesis
在这项工作中，我们重新评估和阐述克里克-米奇森的建议，REM睡眠对应于一个自组织的过程，在神经网络中忘却吸引子。这种重新表述是在面对最近的研究结果，关于强烈激活的杏仁复合体在REM睡眠，内源性大麻素在突触弱化和神经网络模型与巡回联想动力学的作用。我们区分了神经REM睡眠功能和相关的进化/行为做梦功能。在神经学水平上，我们认为快速眼动睡眠调节了过度的可塑性，并削弱了稳定的大脑激活模式，特别是在杏仁核，海马和运动系统。在行为层面上，我们认为梦的叙述是在虚拟环境中进行的探索性行为，促进了“情绪（非）学习”，即情绪反应、焦虑和恐惧的习惯化。我们做了几个与记忆巩固假说不同的实验预测。我们还预测，在快速眼动睡眠期间，细胞集合的“重放”是以越来越快的速度进行的。
2010-07-12 cond-mat.dis-nn nlin.CD physics.pop-ph
A wake-sleep algorithm for recurrent, spiking neural networks
我们调查最近提出的模型进行关系推理的皮质计算。它由几个相互连接的，结构上等效的群体泄漏整合和消防（LIF）神经元，这是训练在一个自组织的方式与尖峰定时依赖可塑性（STDP）。尽管其强大的学习动力学，该模型是容易受到一个典型的递归网络，使用基于相关性（赫布）的学习规则的问题：如果训练与高学习率，经常性的连接可能会导致强反馈回路的网络动态，这导致吸引子状态的出现。这导致可表示模式的数量大幅减少，网络的推理能力下降。作为解决方案，我们引入了一个概念上非常简单的“唤醒-睡眠”算法：在唤醒阶段，正常执行训练，而在睡眠阶段，网络从其生成模型中“做梦”样本，这些样本由随机输入引起。这个过程允许我们激活网络中的吸引子状态，然后可以通过反赫布机制有效地取消学习。该算法允许我们将学习率提高到10倍，同时避免聚类，这使得网络的学习速度提高了几倍。此外，对于低学习率，其中聚类不是问题，它提高了收敛速度并减少了最终的推理误差。
2017-03-18 cs.NE q-bio.NC
Non-equilibrium brain dynamics as a signature of consciousness
人类和非人类灵长类动物的认知功能依赖于分布式神经组件的动态相互作用。因此，在接近热力学平衡时，宏观脑动力学似乎不太可能支持认知。我们通过研究经历不同无意识状态（睡眠和丙泊酚、氯胺酮和氯胺酮加美托咪定麻醉）的非人灵长类动物的皮质电图数据，以及人类在深度睡眠和丙泊酚麻醉下的功能磁共振成像数据，证实了这一假设。从系统的角度来看，所有意识减少的状态都比有意识的清醒状态更接近平衡动力学，这一点可以通过熵产生和相空间中概率流的旋度来证明。我们的研究结果建立了非平衡宏观大脑动力学作为一个强大的意识签名，开辟了使用统计力学工具的认知和意识的表征方式。
2020-12-19 q-bio.NC
Unveil Sleep Spindles with Concentration of Frequency and Time
Duke University（杜克大学）；New York University（纽约大学）
本文提出基于 ConceFT 时频分析的可解释自动化睡眠纺锤波检测算法 ConceFT-S，在 Dream 和 MASS 数据集上取得与深度学习方法相当或更优的 F1 分数，并首次量化揭示纺锤波瞬时频率的非线性动态特性。
2023-10-27 cs.LG cs.NA math.NA
Quantifying the Dynamics of Consciousness using Hierarchical Integration, Organised Complexity and Metastability
本文提出一种理论中立的框架，通过分层整合、有序复杂性和 metastability 量化意识相关的神经动态，验证了其在不同脑状态下的有效性。
2025-12-01 q-bio.NC
Consciousness as a global property of brain dynamic activity
我们寻求与意识觉知相关的细胞集体活动结构的一般原则。我们能否获得证据，证明大脑的最佳组织特征能够对刺激进行充分的处理，并可能引导认知和意识的出现？在分析意识和无意识状态下的大脑记录时，我们最初遵循物理学中的经典方法来理解由无数单元组成的系统的集体行为：评估系统可以采用的可能配置（微观状态）的数量，为此我们使用与连接的大脑区域数量相关的全局熵度量。在意识状态中发现最大熵之后，我们接着使用适当的复杂性度量来检查连接配置的微观性质，并发现不仅由意识意识而且由潜意识认知处理（如睡眠阶段）表征的状态具有更高的复杂性。我们的观察表明，有意识的意识与最大的全局（宏观）熵和短时间尺度（微观）的复杂性连接的大脑网络的配置在病理无意识状态（癫痫发作和昏迷），但微观视图捕获的高度复杂性在生理无意识状态（睡眠），其中有信息处理。因此，我们的研究结果支持全球性的意识意识，所主张的几个认知理论。因此，我们希望我们的研究代表了初步的步骤，以揭示导致有意识意识的认知结构的各个方面。
2017-10-13 q-bio.NC
Recovering Arrhythmic EEG Transients from Their Stochastic Interference
International Institute for Integrative Sleep Medicine (IIIS), University of Tsukuba（筑波大学整合睡眠医学国际研究所）；Advanced Institute for Materials Research, Tohoku University（东北大学材料研究高等研究院）；Faculty of Engineering, Information and Systems, Univerisity of Tsukuba（筑波大学工程、信息与系统学部）；Departamento de Biología, Facultad de Ciencias, Universidad de Chile（智利大学生物系，理学院）
本文提出了一种基于无节律性脉冲叠加的EEG起源新理论，通过改进的数学方法恢复脉冲信号，揭示了睡眠和清醒状态下的特定模式，并首次发现了与超快瞬变相关的EEG特征。
2023-03-14 q-bio.NC
The RG-Flow Transformer: Encoding Scale-Free Dynamics in Scarce EEG
Mindverse Computing LLC（Mindverse计算有限责任公司）
研究在稀缺脑电数据上比较具有RG归纳偏差的RG流变压器和普通变压器，通过睡眠脑电语料库实验发现二者在睡眠分期准确率上无显著差异，但RG流变压器具有可解释性，能在样本外恢复连续谱指数。
2026-07-20 cs.AI cs.LG q-bio.NC
State and Parameter Estimation for a Neural Model of Local Field Potentials
Vrije Universiteit Amsterdam（阿姆斯特丹自由大学）；Inria branch of the University of Montpellier（蒙彼利埃大学Inria分部）；Radboud University（拉德堡德大学）
针对小鼠自然睡眠皮层局部场电位数据，采用离散化Wilson-Cowan Amari神经场模型结合贝叶斯数据同化方法，实现状态与参数的联合估计，并验证了方法在合成数据与真实数据上的可行性。
2026-05-30 math.DS math.PR q-bio.NC
