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Oscilaciones y sincronizacion neuronal

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Poblaciones de neuronas o de osciladores de fase acoplados pueden sincronizar su actividad, generando ritmos oscilatorios observables macroscopicamente (delta, theta, alfa, beta, gamma). El modelo de Kuramoto reduce cada elemento oscilante a una unica variable de fase con una frecuencia natural propia y un acoplamiento senoidal a las demas fases de la red; su forma de campo medio introduce un parametro de orden que cuantifica el grado global de sincronizacion. A nivel de circuitos, el par excitatorio-inhibitorio de Wilson-Cowan (E08) puede entrar en un regimen oscilatorio (por ejemplo, generacion de ritmo gamma) cuya frecuencia depende de las constantes de tiempo y las fuerzas de conexion reciprocas entre ambas poblaciones. La coherencia espectral cuantifica el grado de acoplamiento entre dos senales en el dominio de la frecuencia, mientras que el acoplamiento fase-amplitud (cross-frequency coupling) mide como la fase de una oscilacion lenta modula la amplitud de una oscilacion rapida, un fenomeno relevante en la organizacion temporal de la actividad cortical.

>Modelo

ID:('ky', 1529)


Kuramoto

Storyboard



$\frac{d\theta_i}{dt}=\omega_i+\frac{K}{N}\sum_j\sin(\theta_j-\theta_i)$

$N$
Número de osciladores
$1$
$K$
Acoplamiento global
$1/s$
$\theta_i$
Fase del oscilador
$rad$
$omega_i$
Frecuencia angular natural
$rad/s$
$t$
Tiempo
$s$



>Modelo

ID:('gm', 13559)


Parámetro de orden

Storyboard



$re^{i\psi}=\frac{1}{N}\sum_j e^{i\theta_j}$

$N$
Número de osciladores
$1$
$r$
Parámetro de orden
$1$
$psi$
Fase media
$rad$



>Modelo

ID:('gm', 13560)


Campo medio

Storyboard



$\frac{d\theta_i}{dt}=\omega_i+Kr\sin(\psi-\theta_i)$

$r$
Parámetro de orden
$1$
$K$
Acoplamiento global
$1/s$
$\theta_i$
Fase del oscilador
$rad$
$psi$
Fase media
$rad$
$omega_i$
Frecuencia angular natural
$rad/s$
$t$
Tiempo
$s$



>Modelo

ID:('gm', 13561)


Circuito E-I, actividad excitatoria

Storyboard



$\tau_E\frac{dr_E}{dt}=-r_E+F(w_{EE}r_E-w_{EI}r_I)$

$r_E$
Actividad excitatoria
$1$
$r_I$
Actividad inhibitoria
$1$
$w_{EE}$
Peso EE de circuito E-I
$1$
$w_{EI}$
Peso EI de circuito E-I
$1$
$ au_E$
Constante excitatoria
$s$
$t$
Tiempo
$s$



>Modelo

ID:('gm', 13562)


Circuito E-I, actividad inhibitoria

Storyboard



$\tau_I\frac{dr_I}{dt}=-r_I+F(w_{IE}r_E-w_{II}r_I)$

$r_E$
Actividad excitatoria
$1$
$r_I$
Actividad inhibitoria
$1$
$w_{IE}$
Peso IE de circuito E-I
$1$
$w_{II}$
Peso II de circuito E-I
$1$
$ au_I$
Constante inhibitoria
$s$
$t$
Tiempo
$s$



>Modelo

ID:('gm', 13563)


Frecuencia E-I

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$f_{osc}=\frac{1}{2\pi}\sqrt{\frac{w_{EI}w_{IE}}{\tau_E\tau_I}}$

$w_{EI}$
Peso EI de circuito E-I
$1$
$w_{IE}$
Peso IE de circuito E-I
$1$
$f_{osc}$
Frecuencia natural E-I
$Hz$
$ au_E$
Constante excitatoria
$s$
$ au_I$
Constante inhibitoria
$s$



>Modelo

ID:('gm', 13564)


Coherencia

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$C_{xy}(f)=\frac{|S_{xy}(f)|^2}{S_{xx}(f)S_{yy}(f)}$

$C_{xy}$
Coherencia espectral
$1$
$S_{xx}$
Espectro autospectro x
$1/Hz$
$S_{yy}$
Espectro autospectro y
$1/Hz$
$S_{xy}$
Espectros cruzado
$1/Hz$



>Modelo

ID:('gm', 13565)


Modulación fase-amplitud

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$MI=\frac{H_{max}-H_{obs}}{H_{max}}$

$H_{max}$
Entropías de amplitud por fase max
$1$
$H_{obs}$
Entropías de amplitud por fase obs
$1$
$MI$
Índice de modulación fase-amplitud
$1$



>Modelo

ID:('gm', 13566)


Estructura del modelo

Descripción

Red de modelo


Primero, seleccione la ecuación:   a ,  luego, seleccione la variable:   a 

Símbolo
Ecuación
Resuelto
Traducido

Cálculos

Símbolo
Ecuación
Resuelto
Traducido

 Variable   Dado   Calcule   Objetivo :   Ecuación   A utilizar



Variables

Símbolo
Texto
Variable
Valor
Unidades
Calcule
Valor MKS
Unidades MKS
$r_E$
rE
Actividad excitatoria
1
$r_I$
rI
Actividad inhibitoria
1
$C_{xy}$
Coh_xy
Coherencia espectral
1
$H_{max}$
H_max
Entropías de amplitud por fase max
1
$H_{obs}$
H_obs
Entropías de amplitud por fase obs
1
$MI$
MI
Índice de modulación fase-amplitud
1
$N$
N
Número de osciladores
1
$r$
r
Parámetro de orden
1
$w_{EE}$
w_EE
Peso EE de circuito E-I
1
$w_{EI}$
w_EI
Peso EI de circuito E-I
1
$w_{IE}$
w_IE
Peso IE de circuito E-I
1
$w_{II}$
w_II
Peso II de circuito E-I
1
$K$
K
Acoplamiento global
1/s
$f_{osc}$
f_osc
Frecuencia natural E-I
Hz
$\theta_i$
theta[i]
Fase del oscilador
rad
$psi$
psi
Fase media
rad
$omega_i$
omega[i]
Frecuencia angular natural
rad/s
$ au_E$
tau_E
Constante excitatoria
s
$ au_I$
tau_I
Constante inhibitoria
s
$S_{xx}$
Sxx
Espectro autospectro x
1/Hz
$S_{yy}$
Syy
Espectro autospectro y
1/Hz
$S_{xy}$
Sxy
Espectros cruzado
1/Hz
$t$
t
Tiempo
s

ID:(0, 1529)


gphysics.net - Dr. Willy H. Gerber
Palos Verdes, Costa de Corral, Región de los Rios, Chile