瞬时神经元反应的内在时间尺度

神经元响应阻抗机制实现低放电率和微秒级精度的协作网络

Neuronal Response Impedance Mechanism Implementing Cooperative Networks with Low Firing Rates and Microseconds Precision

在神经网络中实现低放电率通常需要在兴奋性和抑制性链路之间全局平衡分布，而时间编码的可行性受到神经元毫秒精度的限制。我们表明，合作，治理全球网络功能，出现通过节点属性，而不是链接分布。使用在体外和体内实验中，我们证明微秒精度的神经元响应定时低刺激频率下，而中等频率的结果在一个混乱的神经元相的特征在于降低精度。在神经元之间变化的临界刺激频率之上，发现响应失败随机出现，使得神经元用作低通滤波器，使平均尖峰间间隔饱和。这种内在的神经元响应阻抗机制导致网络水平上的协作，使得放电速率被抑制到最低神经元临界频率，同时具有神经元微秒精度。我们的研究结果开辟了机会，控制网络动力学的全球功能，通过几个节点的极端属性。

膜双稳态对神经元群体动力学响应的影响

Impact of membrane bistability on dynamical response of neuronal populations

许多脑区的神经元除了在静息电位附近的正常超极化下降状态外，还可以发展出明显的膜电位去极化状态（上升状态）。然而，向上状态对信号编码的影响还没有得到很好的研究。在这里，我们构建了一个一维的神经元模型和计算的线性响应噪声振荡输入解析。我们发现，随着向上状态的出现，传输函数在某个最佳频率处出现局部极大值而增强，并且相对于输入信号的相位滞后减小。我们描述了频率响应增强对固有动力学和上态占据的依赖性。

培养的神经元簇之间的排斥性混合的出现

Emergence of assortative mixing between clusters of cultured neurons

神经元培养物的活性分析被认为是体内神经元组织的功能连接的良好代表。因此，从活动模式推断的功能复杂网络是一种很有前途的方式来解开神经元系统的结构和功能之间的相互作用。在这里，我们监测自发的自我维持的动力学在神经元的相互连接的聚集体（集群）形成的神经元培养。动力学的特点是快速激活的集群群序列称为突发。分析簇在突发内的激活之间的时间延迟允许重构网络的有向功能连接。我们提出了一种方法来统计推断这种连通性，并分析由此产生的相关复杂网络的属性。令人惊讶的是，与许多生物网络的报道相反，群集的神经元培养物呈现出混合连接值，以及丰富的俱乐部核心，这意味着有一个偏好的集群连接到其他集群共享类似的功能连接，形成了网络中的“连接骨干”。这些结果表明，神经元的分组和集群之间的排斥性连接是文化的内在生存机制。

可兴奋神经元小世界网络中的多吸引子、长混沌瞬态和失效

Many Attractors, Long Chaotic Transients, and Failure in Small-World Networks of Excitable Neurons

我们通过数值和分析方法研究了循环耦合可兴奋神经元的小世界网络中出现的动力学状态。这些动力学在很大程度上取决于远程连接或“捷径”的分数和神经元相互作用的延迟。持续的活动出现在“捷径”的一小部分，而向失败的过渡发生在“捷径”密度的临界值。持续的活动由多个稳定的周期性吸引子组成，其数量至少是网络中神经元数量的顺序。对于足够长的延迟，网络活动在高的“捷径”密度表现出非常长的混沌瞬态故障时间平均在许多网络配置遵循拉伸指数。我们展示了如何出现这种功能形式的整体平均活动，如果每个网络实现有一个特征的故障时间是指数分布的。

弱异质神经元网络的锁相

Phase-locking in weakly heterogeneous neuronal networks

我们研究了弱异质神经网络中锁相态的存在性和稳定性。我们考虑一个模型的N个神经元与所有的突触耦合的异质性是在发射频率或内在驱动的神经元。我们考虑抑制性和兴奋性耦合。我们推导出稳定锁相的条件。在均匀网络中，许多不同的周期性锁相状态是可能的。它们的稳定性取决于神经元的动力学和耦合。对于弱非均匀性，锁相态受到均匀态的扰动，如果它们的均匀态是稳定的，则锁相态可以保持稳定。对于足够的异质性，锁相解决方案要么失去稳定性或被完全破坏。我们分析了可能的状态，网络可以采取时，锁相被打破。

含噪Hodgkin-Huxley神经元的同相和反相同步

In-phase and anti-phase synchronization in noisy Hodgkin-Huxley neurons

我们数值研究了固有通道噪声对神经元系统延迟耦合动力学响应的影响。尖峰的随机动力学在标准Hodgkin-Huxley模型的随机修改内建模，其中延迟耦合占动作电位沿神经元轴突的有限传播时间。我们量化这种延迟耦合的金字塔型在相应的突触前和突触后膜电位之间的差异。对于由两个耦合神经元组成的基本神经元网络，我们检测到具有多个相位翻转分叉的特征随机同步模式：相位翻转分叉以从同相尖峰活动向反相尖峰活动交替过渡的形式发生。有趣的是，这些相位翻转在强信道噪声中保持鲁棒性，进而导致尖峰频率的显著稳定。

Self Organized Criticality in a Mesoscopic Model of Excitatory-Inhibitory Neuronal Populations by Short-term and Long-term Synaptic Plasticity

In [1], we have shown that the dynamics of an interconnected population of excitatory and inhibitory spiking neurons wandering around a Bogdanov-Takens (BT)bifurcation point can generate the observed scale-free avalanches at the population level and the highly variable spike patterns of individual neurons. These characteristics match experimental findings for spontaneous intrinsic activity in the brain. In this paper, we address the mechanisms causing the system to get and remain near this BT point. We propose an effective stochastic neural field model which captures the dynamics of the mean-f…

基于线性神经元电缆理论的1/f^α幂律：胞体电位、跨膜电流和单个神经元对EEG的贡献的功率谱密度

On 1/f^alpha power laws originating from linear neuronal cable theory: power spectral densities of the soma potential, transmembrane current and single-neuron contribution to the EEG

在神经记录中通常观察到幂律，即功率谱密度（PSD）在大频率f下表现出1/f^alpha行为。噪声谱中的幂律不仅在神经膜电位和膜电流的显微记录中观察到，而且在宏观EEG（脑电图）记录中也观察到。虽然复杂的网络行为已被认为是在这种现象的根源，我们在这里展示了一个可能的起源，这种幂律的生物物理特性的单神经元所描述的标准电缆方程。利用所谓的球和棒神经元模型的分析易处理性，我们推导出一组神经元活动的措施的PSD传递函数的一般表达式：体细胞膜电流，电流偶极矩（对应于单神经元EEG贡献），和体细胞膜电位。这些PSD传递函数将相应测量的PSD与噪声输入电流的PSD相关联。当输入电流均匀分布在神经元膜上时，我们发现所有PSD传递函数都表示渐近高频1/f^alpha幂律。相应的幂律指数被解析地确定为：对于胞体膜电流，α_inf^I = 1/2;对于电流-偶极矩，α_inf^p = 3/2;对于胞体膜电位，α_inf^V = 2。这些幂律指数被发现为任意组合的不相关和相关的噪声输入电流（只要树突和胞体接收一些不相关的输入电流）。与现有数据的比较表明，在实验中观察到的表观幂律可能源于不相关的电流源，大概是内在的离子通道，这是均匀分布在整个神经膜和自己的表现…

噪声加速的Kramers逃逸与神经曼哈顿中相干共振

Noise-Induced Transitions and Coherence Resonance in a 5D Conductance-Based Neuronal Model

本文研究了噪声对神经元兴奋性的影响，揭示了乘性噪声通过Kramers逃逸机制促进神经元在高维振荡器中达到病理性超兴奋状态的物理机制。

可兴奋膜中的通道噪声和同步化

Channel noise and synchronization in excitable membranes

使用随机推广的Hodgkin Huxley模型，我们认为内在通道噪声的可兴奋膜的尖峰活动和外部施加的周期性信号之间的同步的影响。对于小块，即，当通道噪声主导可激发动力学时，我们发现了内禀相干共振现象。在这种情况下，相对规则的尖峰行为实际上与所施加的外部驱动无关;因此不会发生同步。然而，仅对于足够大的离子通道组件才发生同步。因此，神经元信号处理可能植根于离子通道的最佳大组件的集体性质。

神经元操作的统一跨学科模型

The unified cross-disciplinary model of the operation of neurons

本文提出一种统一的神经元操作模型，结合物理和生物电学原理，推翻传统理论，解释静息电位的形成及神经元动作电位的机制。