Anticipated synchronization in neuronal circuits
[eng]Anticipated Synchronization (AS) is a form of synchronization that occurs when a unidirectional influence is transmitted from an emitter to a receiver, but the receiver system leads the emitter in time. This counterintuitive phenomenon can be a stable solution of two dynamical...
| Autores: | , |
|---|---|
| Tipo de recurso: | tesis doctoral |
| Estado: | Versión publicada |
| Fecha de publicación: | 2014 |
| País: | España |
| Institución: | Universidad de las Islas Baleares |
| Repositorio: | Biblioteca Digital de les Illes Balears |
| OAI Identifier: | tesisUIB:Selingardi_Matias_Fernanda |
| Acceso en línea: | http://ibdigital.uib.es/greenstone/sites/oai-site/collect/tesisUIB/index/assoc/Selingar.dir/Selingardi_Matias_Fernanda.pdf http://ibdigital.uib.es/greenstone/library/collection/tesisUIB/document/Selingardi_Matias_Fernanda |
| Access Level: | acceso abierto |
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Condensed Matter Physics |
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[eng]Anticipated Synchronization (AS) is a form of synchronization that occurs when a unidirectional influence is transmitted from an emitter to a receiver, but the receiver system leads the emitter in time. This counterintuitive phenomenon can be a stable solution of two dynamical systems coupled in a master-slave configuration when the slave is subject to a negative delayed self-feedback. Many examples of AS dynamics have been found in different systems, however, theoretical and experimental evidence for it in the brain has been lacking. In this thesis work we investigate the existence of AS in neuronal circuits when the delayed feedback is replaced by an inhibitory loop mediated by chemical synapses. At the neuronal level, we show the existence of AS in 3-neuron or 3-neuron-populations microcircuits, where the self-feedback is provided either by an interneuron or by a subpopulation of inhibitory neurons. A smooth transition from delayed synchronization (DS) to AS typically occurs when the inhibitory synaptic conductance is increased. The phenomenon is shown to be robust for a wide range of model parameters within a physiological range. The role of spiketiming- dependent plasticity in DS-AS transitions is also investigated. The results obtained from the model are compared with those obtained experimentally in monkeys performing certain cognitive tasks. In some cases a dominant directional influence from one cortical area to another is accompanied by either a negative or a positive time delay. We present a model for AS between two brain regions and compare its results to the experimental data, obtaining an excellent agreement. |
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Anticipated synchronization in neuronal circuitsSelingardi Matias, FernandaDepartament de FísicaCondensed Matter Physics[eng]Anticipated Synchronization (AS) is a form of synchronization that occurs when a unidirectional influence is transmitted from an emitter to a receiver, but the receiver system leads the emitter in time. This counterintuitive phenomenon can be a stable solution of two dynamical systems coupled in a master-slave configuration when the slave is subject to a negative delayed self-feedback. Many examples of AS dynamics have been found in different systems, however, theoretical and experimental evidence for it in the brain has been lacking. In this thesis work we investigate the existence of AS in neuronal circuits when the delayed feedback is replaced by an inhibitory loop mediated by chemical synapses. At the neuronal level, we show the existence of AS in 3-neuron or 3-neuron-populations microcircuits, where the self-feedback is provided either by an interneuron or by a subpopulation of inhibitory neurons. A smooth transition from delayed synchronization (DS) to AS typically occurs when the inhibitory synaptic conductance is increased. The phenomenon is shown to be robust for a wide range of model parameters within a physiological range. The role of spiketiming- dependent plasticity in DS-AS transitions is also investigated. The results obtained from the model are compared with those obtained experimentally in monkeys performing certain cognitive tasks. In some cases a dominant directional influence from one cortical area to another is accompanied by either a negative or a positive time delay. We present a model for AS between two brain regions and compare its results to the experimental data, obtaining an excellent agreement.[spa] La sincronización anticipada (SA) es una forma de sincronización que se produce cuando una influencia unidireccional se transmite desde un emisor a un receptor, pero el sistema receptor adelanta al emisor en el tiempo. Este fenómeno, contrario a la intuición, puede ser una solución estable de dos sistemas dinámicos acoplados en una configuración maestro – esclavo cuando el esclavo está sujeto a una retroalimentación negativa retardada. Hay muchos ejemplos de SA que se han encontrado en diferentes sistemas, sin embargo, no existe evidencia ni teórica ni experimental de que ocurra en el cerebro. En este trabajo de tesis se investiga la existencia la SA en circuitos neuronales cuando la realimentación retardada se sustituye por un bucle inhibitorio mediado por sinapsis químicas. A nivel neuronal, se muestra la existencia de SA en circuitos de 3 neuronas o 3 poblaciones de neuronas, donde la retroalimentación la proporciona una interneurona o una subpoblación de neuronas inhibitorias. Una transición de sincronización retrasada (SR) a SA se produce suavemente cuando se incrementa la conductancia sináptica inhibitoria. Se encuentra que el fenómeno es robusto para una amplio espectro de parámetros del modelo dentro del rango fisiológico. También se investiga el papel de la plasticidad neuronal en la transición SR-SA. Los resultados obtenidos a partir del modelo se comparan con los obtenidos experimentalmente en monos cuando realizan ciertas tareas cognitivas. En algunos casos, una influencia direccional dominante de un área cortical a otra se acompaña de un retardo que puede ser negativo o positivo. Se presenta un modelo para las relaciones entre dos regiones corticales del cerebro y se compararan los resultados numéricos con los datos experimentales, obteniendo un excelente acuerdo. [por] Sincronização antecipada (AS, do inglês "anticipated synchronization") é uma forma de sincronização que ocorre quando uma influência unidirecional é enviada de um transmissor para um receptor, mas o receptor lidera o transmissor no tempo. Esta sincronização contra-intuitiva pode ser uma solução estável entre dois sistemas dinâmicos acoplados em uma configuração mestre-escravo quando o escravo recebe uma retroalimentação atrasada e negativa. Diversos exemplos de AS foram encontrados em diferentes sistemas, no entanto, faltam evidências experimentais de AS no cérebro. Nessa tese, nós investigamos aexistência de AS em uma rede neuronal do tipo mestre-escravo quando a retroalimentação atrasada e negativa é substituída por um circuito inibitório dinâmico mediado por sinapses químicas. No nível neuronal, mostra mosa existência de AS em um microcircuito de 3 neurônios e em um de3 populações neuronais nosquais a retroalimentação é proporcionada ou por um interneurônio ou por uma subpopulação de neurônios inibitórios. Uma transição suave de sincronização atrasada (DS, do inglês "delayed synchronization") para AS ocorre quando a condutância sináptica inibitória é aumentada. Mostramos que o fenômeno é robusto quando variamos os parâmetros dos modelos dentro deum intervalo fisiológico aceitável. Os efeitos da plasticidade sináptica dependente do temponas transições DS-AS também foram investigados. Os resultados obtidos a partir dos nossos modelos são comparáveis a dados obtidos experimentalment enquanto macacos realizam certas atividades cognitivas. Em alguns casos, uma influência unidirecional dominante de uma região cortical para outra pode vir acompanhada de um tempo de atraso tanto positivo comonegativo. Apresentamos um modelo para AS entre duas regiõescerebrais e comparamos estesresultados com os dados experimentais, obtendo excelente concordância.Universitat de les Illes BalearsMirasso Santos, Claudio RubénCopelli, Mauro2014info:eu-repo/semantics/doctoralThesisinfo:eu-repo/semantics/publishedVersionapplication/pdfhttp://ibdigital.uib.es/greenstone/sites/oai-site/collect/tesisUIB/index/assoc/Selingar.dir/Selingardi_Matias_Fernanda.pdfhttp://ibdigital.uib.es/greenstone/library/collection/tesisUIB/document/Selingardi_Matias_Fernandareponame:Biblioteca Digital de les Illes Balearsinstname:Universidad de las Islas BalearesInglésTesis doctorals de la UIBall rights reservedinfo:eu-repo/semantics/openAccesstesisUIB:Selingardi_Matias_Fernanda2026-05-28T12:40:11Z |
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