Análise da faixa dinâmica em redes neuronais através de autômatos celulares
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Data de Publicação: | 2021 |
Tipo de documento: | Dissertação |
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Título da fonte: | Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UEPG |
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Resumo: | Neste trabalho investigamos a dinâmica de redes neuronais por meio da modelagem via Autômatos Celulares. Consideramos um modelo contendo somente conexões excitáveis e outro com conexões excitatórias e inibitórias. No primeiro modelo consideramos sinapses elétricas, químicas excitatórias, com e sem atraso, e induzidas por perturbação externa. Resultados provenientes desse modelo mostram que as sinapses químicas com baixo tempo de atraso contribuem para uma atividade autossustentável de disparos da rede. Um alto tempo de atraso, ou alto valor para a taxa média de perturbação externa, implica a suplantação das atividades químicas pelas induzidas eletricamente e por perturbação externa, fazendo com que os disparos se tornem irregulares. Em um segundo momento, consideramos um modelo com sinapses químicas excitatórias e inibitórias. Considerando uma aproximação de campo médio, foi obtido uma expressão analítica para a densidade média de disparos mostrando a existência de um ponto crítico dependente do grau médio de sinapses excitatórias e inibitórias. Valores acima e abaixo do ponto crítico do grau médio das inibitórias fazem com que a rede transite de uma atividade cessante (regime subcrítico) para uma atividade autossustentável (regime supracrítico). No regime crítico a atividade pode ou não ser cessante. Além disso, determinamos uma expressão para estudar o comportamento da faixa dinâmica frente as sinapses inibitórias. Nossos resultados, provenientes da simulação e também da aproximação de campo médio, mostram que existe uma amplificação da faixa dinâmica no ponto crítico da rede. |
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Análise da faixa dinâmica em redes neuronais através de autômatos celulares. 2021. Dissertação (Mestrado em Física) - Universidade Estadual de Ponta Grossa, Ponta Grossa, 2021.http://tede2.uepg.br/jspui/handle/prefix/3497Neste trabalho investigamos a dinâmica de redes neuronais por meio da modelagem via Autômatos Celulares. Consideramos um modelo contendo somente conexões excitáveis e outro com conexões excitatórias e inibitórias. No primeiro modelo consideramos sinapses elétricas, químicas excitatórias, com e sem atraso, e induzidas por perturbação externa. Resultados provenientes desse modelo mostram que as sinapses químicas com baixo tempo de atraso contribuem para uma atividade autossustentável de disparos da rede. Um alto tempo de atraso, ou alto valor para a taxa média de perturbação externa, implica a suplantação das atividades químicas pelas induzidas eletricamente e por perturbação externa, fazendo com que os disparos se tornem irregulares. Em um segundo momento, consideramos um modelo com sinapses químicas excitatórias e inibitórias. Considerando uma aproximação de campo médio, foi obtido uma expressão analítica para a densidade média de disparos mostrando a existência de um ponto crítico dependente do grau médio de sinapses excitatórias e inibitórias. Valores acima e abaixo do ponto crítico do grau médio das inibitórias fazem com que a rede transite de uma atividade cessante (regime subcrítico) para uma atividade autossustentável (regime supracrítico). No regime crítico a atividade pode ou não ser cessante. Além disso, determinamos uma expressão para estudar o comportamento da faixa dinâmica frente as sinapses inibitórias. Nossos resultados, provenientes da simulação e também da aproximação de campo médio, mostram que existe uma amplificação da faixa dinâmica no ponto crítico da rede.In this work, we investigate the dynamical behavior of the neural networks utilizing a Cellular Automata approach. We consider a model with only excitatory connections and other with excitatory and inhibitory connections. In the first model, we consider chemical excitatory (with and without delay), electrical, and synapses induced by external stimulus. This model shows us that the chemical synapses are crucial to the maintenance of self-sustaining dynamics. When incorporating a high delay value or high mean perturbation rate value, the behavior of the network becomes irregular. In the second model, we consider chemical excitatory and inhibitory synapses. We consider a mean field map approximation for this model, which gives us an analytical expression for the average firing rate. This expression have a critical point, which divides the network into ceasing or ceaseless dynamics. Values lower and higher than critical point makes the network goes from ceasing activity (subcritical) to ceaseless activity (supercritical). In the critical point, the dynamical can cease or be ceaseless. For this expression, we obtain a function for the dynamical range. Results from the simulation and the analytical expression for the dynamical range are in perfect agreement and show that the amplification of the dynamical range occurs in the critical point.Submitted by arlindo kohlrausch (ajfk@uepg.br) on 2021-11-10T14:42:16Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) Enrique Chipicoski Gabrick.pdf: 3538880 bytes, checksum: 8d4bb8ad105f9b792119d7e6225e8eae (MD5)Made available in DSpace on 2021-11-10T14:42:16Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) Enrique Chipicoski Gabrick.pdf: 3538880 bytes, checksum: 8d4bb8ad105f9b792119d7e6225e8eae (MD5) Previous issue date: 2021-10-11Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível SuperiorporUniversidade Estadual de Ponta GrossaPrograma de Pós-Graduação em CiênciasUEPGBrasilDepartamento de FísicaAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessCNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICAAutômato CelularRede NeuronalSinapses inibitóriasFaixa dinâmicaCellular AutomataNeural networksInhibitory synapsesDynamic rangeAnálise da faixa dinâmica em redes neuronais através de autômatos celularesinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UEPGinstname:Universidade Estadual de Ponta Grossa (UEPG)instacron:UEPGLICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-81866http://tede2.uepg.br/jspui/bitstream/prefix/3497/3/license.txt43cd690d6a359e86c1fe3d5b7cba0c9bMD53CC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8811http://tede2.uepg.br/jspui/bitstream/prefix/3497/2/license_rdfe39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34MD52ORIGINALEnrique Chipicoski Gabrick.pdfEnrique Chipicoski Gabrick.pdfdissertação completa em PDFapplication/pdf3538880http://tede2.uepg.br/jspui/bitstream/prefix/3497/1/Enrique%20Chipicoski%20Gabrick.pdf8d4bb8ad105f9b792119d7e6225e8eaeMD51prefix/34972021-11-10 12:42:16.082oai:tede2.uepg.br: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 Digital de Teses e Dissertaçõeshttps://tede2.uepg.br/jspui/PUBhttp://tede2.uepg.br/oai/requestbicen@uepg.br||mv_fidelis@yahoo.com.bropendoar:2021-11-10T14:42:16Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UEPG - Universidade Estadual de Ponta Grossa (UEPG)false |
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Autômato Celular Rede Neuronal Sinapses inibitórias Faixa dinâmica Cellular Automata Neural networks Inhibitory synapses Dynamic range |
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Neste trabalho investigamos a dinâmica de redes neuronais por meio da modelagem via Autômatos Celulares. Consideramos um modelo contendo somente conexões excitáveis e outro com conexões excitatórias e inibitórias. No primeiro modelo consideramos sinapses elétricas, químicas excitatórias, com e sem atraso, e induzidas por perturbação externa. Resultados provenientes desse modelo mostram que as sinapses químicas com baixo tempo de atraso contribuem para uma atividade autossustentável de disparos da rede. Um alto tempo de atraso, ou alto valor para a taxa média de perturbação externa, implica a suplantação das atividades químicas pelas induzidas eletricamente e por perturbação externa, fazendo com que os disparos se tornem irregulares. Em um segundo momento, consideramos um modelo com sinapses químicas excitatórias e inibitórias. Considerando uma aproximação de campo médio, foi obtido uma expressão analítica para a densidade média de disparos mostrando a existência de um ponto crítico dependente do grau médio de sinapses excitatórias e inibitórias. Valores acima e abaixo do ponto crítico do grau médio das inibitórias fazem com que a rede transite de uma atividade cessante (regime subcrítico) para uma atividade autossustentável (regime supracrítico). No regime crítico a atividade pode ou não ser cessante. Além disso, determinamos uma expressão para estudar o comportamento da faixa dinâmica frente as sinapses inibitórias. Nossos resultados, provenientes da simulação e também da aproximação de campo médio, mostram que existe uma amplificação da faixa dinâmica no ponto crítico da rede. |
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2021 |
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GABRICK, Enrique Chipicoski. Análise da faixa dinâmica em redes neuronais através de autômatos celulares. 2021. Dissertação (Mestrado em Física) - Universidade Estadual de Ponta Grossa, Ponta Grossa, 2021. |
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