مطالعه همبستگی بین فعالیت سلول های عصبی جفت شده

مطالعه فعالیت همبسته سلول های عصبی مغز برای فهم فرآیندهای شناختی مختلفی مانند توجه، تمایز، رفتار حرکتی و چگونگی کدگذاری اطلاعات توسط نورونها دارای اهمیت است. همبستگی مشاهده شده در فعالیت سلول های عصبی می تواند ناشی از دریافت ورودی مشترک یا ارتباط سیناپسی بین نورون ها باشد. به طور معمول وجود ناهمگونی بین نورون ها، همبستگی ایجاد شده را کاهش می دهد. هدف ما در این پایان نامه مطالعه همبستگی بین فعالیت سلول های عصبی جفت شده و چگونگی تاثیر پارامترهای مختلف بر انتقال همبستگی از یک لایه نورونی به لایه دیگر است. بررسی را با چگونگی انتقال همبستگی توسط سیستمی متشکل از دو نوسانگر نورونی شروع می کنیم. بدین منظور سیستمی از دو نورون در پیکربندیهای مختلف سیناپسی در نظر می گیریم. فرض می کنیم شبکه بزرگی از نورونهای پیش سیناپسی، جریانهای متفاوت تصادفی به این دو نورون وارد می کند. جریانهای ورودی به دو نورون همبسته اند. با حل عددی معادلات دیفرانسیل توصیف کننده دو نورون و مطالعه همبستگی بین قطار اسپایک تولید شده توسط آنها به عنوان همبستگی خروجی، نشان می دهیم که تغییر در همبستگی ورودیهای تصادفی کم دامنه، برای سیستمی از نورونها که از طریق سیناپس تحریکی به یکدیگر متصل هستند، بیشتر آشکار می شود. نسبت تغییرات همبستگی قطار اسپایک خروجی از دو نورون به تغییر همبستگی ورودی، تابع گذر همبستگی نامیده می شود. نشان می دهیم، بسته به اینکه بسامد ذاتی دو نورون چقدر تفاوت داشته باشد، پیکربندیهای متقارن یا نامتقارن سیناپسی می توانند حساسیت سیستم به همبستگی ورودی را با تغییر در شیب میانگین تابع گذر همبستگی، افزایش دهند. همچنین نشان می دهیم که در هر پیکربندی، مقداری بهینه برای قدرت سیناپسی وجود دارد که حساسیت سیستم به تغییر در همبستگی ورودی را بیشینه می کند. در ادامه یک چارچوب کلی برای مطالعه همبستگی نوسانگرهای فاز جفت شده ارایه می شود. با استفاده از روش تحلیلی و حل عددی نشان می دهیم که برای نوسانگرهای فاز جفت شده نوع یک، حالت همنواز یک جاذب ناپایدار است و وجود نوفه، حتی با دامنه کوچک، می تواند دینامیک سیستم را تغییر دهد. همچنین ثابت می کنیم که در چنین حالتی وجود ناهمگونی در بسامد ذاتی نوسانگرها، می تواند با متقارن کردن حوزه جذب حول حالت قفل شدگی فاز پایدار، سیستم را پایدارتر کند.