τοπολογίας σε δίκτυα Ολοκλήρωσης Πυροδότησης με απώλειες (Leaky Integrate-and-Fire (LIF))

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "τοπολογίας σε δίκτυα Ολοκλήρωσης Πυροδότησης με απώλειες (Leaky Integrate-and-Fire (LIF))"

Ἀελλώ Γιαννόπουλος
5 χρόνια πριν
Προβολές:

1 Επίδραση τοπολογίας σε δίκτυα Ολοκλήρωσης Πυροδότησης με απώλειες (Leaky Integrate-and-Fire (LIF)) Τσίγκρη Νεφέλη Δήµητρα A.M.: Τριµελής επιτροπή: Α. Προβατά, Ν. Σαρλής, Δ. Φραντζεσκάκης 1

2 1. Εισαγωγή Γενικά στοιχεία Το μοντέλο Ολοκλήρωσης Πυροδότησης (Leaky Integrate-and Fire (LIF)) Προηγούμενα Αποτελέσματα 2. LIF δίκτυα με κατοπτρική τοπολογία Φαινόμενα συγχρονισμού Αποτελέσματα 3. Σύνοψη Συμπεράσματα Επόμενα Βήματα 2

3 Γενικά Στοιχεία : Ένας τυπικός νευρώνας αποτελείται από: Πυρήνα Άξονα Δενδρίτες Οι νευρώνες είναι: Κύτταρα που στέλνουν ηλεκτρικά σήματα σε μεγάλες αποστάσεις Ολοκληρωτές με κατώφλι Λήψη σήματος από περισσότερους από 1000 νευρώνες H διάδοση σημάτων γίνεται μέσω ειδικών συνδέσεων, τις συνάψεις 3

* Lois Lapiqe (1907) Το μοντέλο Ολοκλήρωσης Πυροδότησης με Απώλειες LIF: Περιγράφει με απλό τρόπο την εξέλιξη του δυναμικού της μεμβράνης ενός νευρώνα μεταξύ διαδοχικών

4 * Lois Lapiqe (1907) Το μοντέλο Ολοκλήρωσης Πυροδότησης με Απώλειες LIF: Περιγράφει με απλό τρόπο την εξέλιξη του δυναμικού της μεμβράνης ενός νευρώνα μεταξύ διαδοχικών διεγέρσεων: Για συζευγμένους LIF ταλαντωτές αντίστοιχα: N. Brnel, MC Van Rossm, Biol. Cybernetics Vol.97, (5-6): , (2007) R. Zilmer et al, PRE 76, (2007) 4

Προηγούμενα Αποτελέσματα : Μη τοπική (non local) τοπολογία : Χιμαιρικές

7 Η πολλαπλότητα της χιμαιρικής κατάστασης είναι αντιστρόφως ανάλογη του R Ο

τοπολογία Χιμαιρικές καταστάσεις Οδεύουσες χιμαιρικές καταστάσεις Παράμετροι:

5 Προηγούμενα Αποτελέσματα : Μη τοπική (non local) τοπολογία : Χιμαιρικές καταστάσεις Παράμετροι: R=350, p r =0.3T s, σ=0.7 Η πολλαπλότητα της χιμαιρικής κατάστασης είναι αντιστρόφως ανάλογη του R Ο χρόνος εφησυχασμού εισάγει την πολλαπλότητα των χιμαιρικών καταστάσεων Ιεραρχική τοπολογία Χιμαιρικές καταστάσεις Οδεύουσες χιμαιρικές καταστάσεις Παράμετροι: R=256, p r =0.1T s, N.D. Tsigkri-DeSmedt, et al., EPJST Springer 225 (5) (2016) Οι ασυγχρόνιστες περιοχές εμφανίζουν επιμέρους δομή 5

6 Η εξέλιξη του δυναμικού της μεμβράνης, ενός ταλαντωτή i που είναι συζευγμένος με j άλλους ταλαντωτές περιγράφεται από: Ο πίνακας σύνδεσης για την κατοπτρική τοπολογία είναι: E. S Finn et al., Natre Neroscience 18, (2015) 6

Αποτελέσματα: Παράμετροι: R=100, p r =0 Εύρος ισχύος σύζευξης σ: Για μικρές τιμές της ισχύος σύζευξης σ, παρατηρείται συγχρονισμός Η δραστηριότητα περιορίζεται στο ήμισυ του δακτυλίου Καθώς αυξάνεται

7 Αποτελέσματα: Παράμετροι: R=100, p r =0 Εύρος ισχύος σύζευξης σ: Για μικρές τιμές της ισχύος σύζευξης σ, παρατηρείται συγχρονισμός Η δραστηριότητα περιορίζεται στο ήμισυ του δακτυλίου Καθώς αυξάνεται η σ, η κατανομή της μέσης ταχύτητας φάσης γίνεται πιο περίπλοκη Αύξηση της σ, οδηγεί σε μετάβαση του συστήματος από την κατάσταση δραστηριότητα-δραστηριότητα στην κατάσταση δραστηριότητα-καταστολή - ω μέση ταχύτητα φάσης: 7

8 8 Εύρος ισχύος σύζευξης σ: Για μικρές τιμές της ισχύος σύζευξης σ, παρατηρείται συγχρονισμός Παράμετροι: R=300, p r =0 Η αύξηση της σ εισάγει πρόσθετη πολυπλοκότητα που αποτυπώνεται στη μέση ταχύτητα φάσης Η περιοχή δραστηριότητας μειώνεται καθώς αυξάνεται η ισχύς σύζευξης - A(t) δείκτης δραστηριότητας: 1 N A( t) = N q i 1 ( t) = 0 i= 1 q i ( t) όταν ( t) < διαφορετικά i ( th ε ), ε 0

9 Εύρος χρόνου εφησυχασμού p r : Παράμετροι: σ=0.4, R=100 O χρόνος εφησυχασμού αυξάνει την καμπυλότητα της μορφής της μέσης ταχύτητας φάσης Αύξηση του p r εισάγει την πολλαπλότητα των συγχρονισμένων και ασυγχρόνιστων περιοχών Αύξηση του p r οδηγεί σε αύξηση του πλάτους ταλάντωσης N.D. Tsigkri-DeSmedt et al. Er. Phys. J. B 90:139 (2017) 9

10 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ: Η κατοπτρική τοπολογία εισάγει την συνύπαρξη ασυγχρόνιστων περιοχών με περιοχές όπου οι ταλαντωτές παραμένουν κοντά στην τιμή κατωφλίου Οι δραστήριοι ταλαντωτές παραμένουν συχνά στο ένα ημικύκλιο Για μικρές τιμές της ισχύος σύζευξης σ, η δραστηριότητα κατανέμεται σε όλο τον δακτύλιο, ενώ καθώς αυξάνεται περιορίζεται στο ένα ημικύκλιο Η εισαγωγή του χρόνου εφησυχασμού εισάγει την πολλαπλότητα στην εναλλαγή περιοχών δραστηριότητας και καταστολής 10

11 ΔΗΜΟΣΙΕΥΜΕΝΕΣ ΕΡΓΑΣΙΕΣ: (C1.) N.D. Tsigkri-DeSmedt, et al., Procedia Compter Science, Vol.66, 13-22, (2015), (J1.) N.D. Tsigkri-DeSmedt, et al. EPJST Springer 225 (5) (2016) (J2.) N.D. Tsigkri-DeSmedt et al. Er. Phys. J. B 90:139 (2017) ΕΠΟΜΕΝΑ ΒΗΜΑΤΑ: Μελέτη φαινομένων συγχρονισμού με: Διαγώνιο τοπολογία Συμμετρία ως προς κέντρο Τοπολογία μικρού κόσμου (small world) Αλλαγή μοντέλου για διερεύνηση γενικευμένων συμπεριφορών Διερεύνηση Εφαρμογών 11

12 ΕΥΧΑΡΙΣΤΩ ΓΙΑ ΤΗΝ ΠΡΟΣΟΧΗ ΣΑΣ!

13 Παράμετροι: σ=0.4, p r =0 Εύρος σύζευξης R: Για R < 350 η δραστηριότητα περιορίζεται στο ήμισυ του δακτυλίου Καθώς αυξάνεται το R μειώνεται το εύρος της δραστήριας περιοχής Για R > 350 η δραστηριότητα εκτείνεται σε όλο τον δακτύλιο Αύξηση του R οδηγεί το σύστημα από την κατάσταση δραστηριότητα-καταστολή στην κατάσταση δραστηριότητα-δραστηριότητα 13

14 Fnctional connectome fingerprinting: identifying individals sing patterns of brain connectivity E. S Finn et al., Natre Neroscience 18, (2015) Προτείνονται δύο προφίλ συνδεσιμότητας για την ταυτοποίηση ενός ατόμου με βάση 8 λειτουργικά δίκτυα Προτείνονται 2 μεγέθη για την ποσοτικοποίηση των συνεισφορών των συνδέσεων: 1) Differential Power (DP) και 2) Grop Consistency Φ Ø Το μέγεθος DP πληροφορεί για το πόσο χαρακτηριστική είναι μια σύνδεση σε ένα άτομο Ø Οι συνδέσεις DP που εμφανίζονται είτε 1) σε ένα άτομο σε διαφορετικές συνθήκες είτε 2) σε μια ομάδα ατόμων ανεξάρτητα από τις συνθήκες, φαίνεται να συνδέουν περιοχές, μεταξύ των δύο ημισφαιρίων, που είναι διατεταγμένες διαγώνια μεταξύ τους Ø Το μέγεθος Φ, πληροφορεί για το κατά πόσο είναι σταθερή μια σύνδεση σε ένα άτομο αλλά και εντός ενός συνόλου ατόμων Ø Οι συνδέσεις Φ που εμφανίζονται με συνέπεια σε ένα άτομο και εντός μιας ομάδας ατόμων, φαίνεται να συνδέουν περιοχές στα δύο ημισφαίρια κάθετα ως προς το επίπεδο που τα χωρίζει

Σχετικά έγγραφα

Χιμαιρικές καταστάσεις σε δίκτυο διαγώνιας και μη-τοπικής τοπολογίας με το μοντέλο ολοκλήρωσης πυροδότησης με απώλειες

1 Χιμαιρικές καταστάσεις σε δίκτυο διαγώνιας και μη-τοπικής τοπολογίας με το μοντέλο ολοκλήρωσης πυροδότησης με απώλειες Τσίγκρη Νεφέλη-Δήμητρα Τριμελής επιτροπή: Α. Προβατά, Ν. Σαρλής, Δ. Φραντζεσκάκης