Синхронизация в сети импульсных нейронных генераторов с пластичными связями

Синхронизация нейронной активности играет важную роль в процессах обработки информации в мозге. В данной работе исследуется динамика нейронной сети с пластичными синаптическими связями под воздействием локализованного в пространстве стимула. Установлено, что в определённом диапазоне периодической стимуляции возможна синхронизация всех нейронов сети локальным воздействием. Сеть формирует сигналы в виде квазисинхронных пачек импульсов, и при внешнем периодическом воздействии происходит синхронизация пачек импульсов с наносимыми стимулами. Показано, что сетевая синхронизация имеет место в определённом частотном диапазоне внешнего воздействия. При увеличении геометрического размера стимулируемой области наблюдается расширение данного диапазона. С увеличением количества нейронных связей в сети диапазон синхронизации снижается. Установлено также, что пластичные (адаптивные) связи между элементами сети способны увеличивать её чувствительность к внешнему воздействию: расширять частотный диапазон стимуляции, вызывающий сетевую синхронизацию, и уменьшать минимальный размер участка сети, на который оказывается внешнее воздействие.

На английском языке
Synchronization in a network of spiking neuron generators with plastic connectivity
Bazhanova M.V.
Krylova N.P.
Kazantsev V.B.
Khramov A.E.
Lobov S.A.

Synchronization of neural activity plays an important role in the processing of information in the brain. In this work, we study the dynamics of a neural network with plastic synaptic connections under the action of a spatially localized stimulus. It is established that synchronization of all the network neurons by local action is possible in a certain range of periodic stimulation. The network forms the signals in the form of the quasi-synchronous pulse bursts and synchronization of the pulse bursts with the applied stimuli occurs under external periodic action. It is shown that the network synchronization takes place in a certain frequency range of external action. An expansion of this range is observed with increasing geometric size of the stimulated region. The synchronization range decreases with increasing number of the neural connections in the network. It is also established that the plastic (adaptive) connections among the network elements can improve the network sensitivity to external action, i.e., expand the frequency range of stimulation, which causes the network synchronization, and decrease the minimum size of the network segment exposed to external action.