Limite hidrodinâmico para neurônios interagentes estruturados espacialmente
Autor(a) principal: | |
---|---|
Data de Publicação: | 2015 |
Tipo de documento: | Tese |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP |
Texto Completo: | https://doi.org/10.11606/T.45.2016.tde-01062016-162917 |
Resumo: | Nessa tese, estudamos o limite hidrodinâmico de um sistema estocástico de neurônios cujas interações são dadas por potenciais de Kac que imitam sinapses elétricas e químicas, e as correntes de vazamento. Esse sistema consiste de $\\ep^$ neurônios imersos em $[0,1)^2$, cada um disparando aleatoriamente de acordo com um processo pontual com taxa que depende tanto do seu potential de membrana como da posição. Quando o neurônio $i$ dispara, seu potential de membrana é resetado para $0$, enquanto que o potencial de membrana do neurônio $j$ é aumentado por um valor positivo $\\ep^2 a(i,j)$, se $i$ influencia $j$. Além disso, entre disparos consecutivos, o sistema segue uma movimento determinístico devido às sinapses elétricas e às correntes de vazamento. As sinapses elétricas estão envolvidas na sincronização do potencial de membrana dos neurônios, enquanto que as correntes de vazamento inibem a atividade de todos os neurônios, atraindo simultaneamente todos os potenciais de membrana para $0$. No principal resultado dessa tese, mostramos que a distribuição empírica dos potenciais de membrana converge, quando o parâmetro $\\ep$ tende à 0 , para uma densidade de probabilidade $ho_t(u,r)$ que satisfaz uma equação diferencial parcial nâo linear do tipo hiperbólica . |
id |
USP_c81dce9b7a4198e027f99fc5527fbe71 |
---|---|
oai_identifier_str |
oai:teses.usp.br:tde-01062016-162917 |
network_acronym_str |
USP |
network_name_str |
Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP |
repository_id_str |
2721 |
spelling |
info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesis Limite hidrodinâmico para neurônios interagentes estruturados espacialmente Hydrodynamic limit for spatially structured interacting neurons 2015-07-17Jefferson Antonio GalvesMarzio CassandroPablo Augusto FerrariEva LocherbachJacob Ricardo Fraiman MausGuilherme Ost de AguiarUniversidade de São PauloEstatísticaUSPBR Hydrodynamic limit Interacting particle systems Limite hidrodinâmico Neuronal systems Piecewise deterministic Markov process Processos markovianos determinísticos por partes Sistemas de partículas interagentes Sistemas neuronais Nessa tese, estudamos o limite hidrodinâmico de um sistema estocástico de neurônios cujas interações são dadas por potenciais de Kac que imitam sinapses elétricas e químicas, e as correntes de vazamento. Esse sistema consiste de $\\ep^$ neurônios imersos em $[0,1)^2$, cada um disparando aleatoriamente de acordo com um processo pontual com taxa que depende tanto do seu potential de membrana como da posição. Quando o neurônio $i$ dispara, seu potential de membrana é resetado para $0$, enquanto que o potencial de membrana do neurônio $j$ é aumentado por um valor positivo $\\ep^2 a(i,j)$, se $i$ influencia $j$. Além disso, entre disparos consecutivos, o sistema segue uma movimento determinístico devido às sinapses elétricas e às correntes de vazamento. As sinapses elétricas estão envolvidas na sincronização do potencial de membrana dos neurônios, enquanto que as correntes de vazamento inibem a atividade de todos os neurônios, atraindo simultaneamente todos os potenciais de membrana para $0$. No principal resultado dessa tese, mostramos que a distribuição empírica dos potenciais de membrana converge, quando o parâmetro $\\ep$ tende à 0 , para uma densidade de probabilidade $ho_t(u,r)$ que satisfaz uma equação diferencial parcial nâo linear do tipo hiperbólica . We study the hydrodynamic limit of a stochastic system of neurons whose interactions are given by Kac Potentials that mimic chemical and electrical synapses and leak currents. The system consists of $\\ep^$ neurons embedded in $[0,1)^2$, each spiking randomly according to a point process with rate depending on both its membrane potential and position. When neuron $i$ spikes, its membrane potential is reset to $0$ while the membrane potential of $j$ is increased by a positive value $\\ep^2 a(i,j)$, if $i$ influences $j$. Furthermore, between consecutive spikes, the system follows a deterministic motion due both to electrical synapses and leak currents. The electrical synapses are involved in the synchronization of the membrane potentials of the neurons, while the leak currents inhibit the activity of all neurons, attracting simultaneously their membrane potentials to 0. We show that the empirical distribution of the membrane potentials converges, as $\\ep$ vanishes, to a probability density $ho_t(u,r)$ which is proved to obey a nonlinear PDE of Hyperbolic type. https://doi.org/10.11606/T.45.2016.tde-01062016-162917info:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USPinstname:Universidade de São Paulo (USP)instacron:USP2023-12-21T18:02:19Zoai:teses.usp.br:tde-01062016-162917Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttp://www.teses.usp.br/PUBhttp://www.teses.usp.br/cgi-bin/mtd2br.plvirginia@if.usp.br|| atendimento@aguia.usp.br||virginia@if.usp.bropendoar:27212023-12-22T11:57:41.947111Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP - Universidade de São Paulo (USP)false |
dc.title.pt.fl_str_mv |
Limite hidrodinâmico para neurônios interagentes estruturados espacialmente |
dc.title.alternative.en.fl_str_mv |
Hydrodynamic limit for spatially structured interacting neurons |
title |
Limite hidrodinâmico para neurônios interagentes estruturados espacialmente |
spellingShingle |
Limite hidrodinâmico para neurônios interagentes estruturados espacialmente Guilherme Ost de Aguiar |
title_short |
Limite hidrodinâmico para neurônios interagentes estruturados espacialmente |
title_full |
Limite hidrodinâmico para neurônios interagentes estruturados espacialmente |
title_fullStr |
Limite hidrodinâmico para neurônios interagentes estruturados espacialmente |
title_full_unstemmed |
Limite hidrodinâmico para neurônios interagentes estruturados espacialmente |
title_sort |
Limite hidrodinâmico para neurônios interagentes estruturados espacialmente |
author |
Guilherme Ost de Aguiar |
author_facet |
Guilherme Ost de Aguiar |
author_role |
author |
dc.contributor.advisor1.fl_str_mv |
Jefferson Antonio Galves |
dc.contributor.referee1.fl_str_mv |
Marzio Cassandro |
dc.contributor.referee2.fl_str_mv |
Pablo Augusto Ferrari |
dc.contributor.referee3.fl_str_mv |
Eva Locherbach |
dc.contributor.referee4.fl_str_mv |
Jacob Ricardo Fraiman Maus |
dc.contributor.author.fl_str_mv |
Guilherme Ost de Aguiar |
contributor_str_mv |
Jefferson Antonio Galves Marzio Cassandro Pablo Augusto Ferrari Eva Locherbach Jacob Ricardo Fraiman Maus |
description |
Nessa tese, estudamos o limite hidrodinâmico de um sistema estocástico de neurônios cujas interações são dadas por potenciais de Kac que imitam sinapses elétricas e químicas, e as correntes de vazamento. Esse sistema consiste de $\\ep^$ neurônios imersos em $[0,1)^2$, cada um disparando aleatoriamente de acordo com um processo pontual com taxa que depende tanto do seu potential de membrana como da posição. Quando o neurônio $i$ dispara, seu potential de membrana é resetado para $0$, enquanto que o potencial de membrana do neurônio $j$ é aumentado por um valor positivo $\\ep^2 a(i,j)$, se $i$ influencia $j$. Além disso, entre disparos consecutivos, o sistema segue uma movimento determinístico devido às sinapses elétricas e às correntes de vazamento. As sinapses elétricas estão envolvidas na sincronização do potencial de membrana dos neurônios, enquanto que as correntes de vazamento inibem a atividade de todos os neurônios, atraindo simultaneamente todos os potenciais de membrana para $0$. No principal resultado dessa tese, mostramos que a distribuição empírica dos potenciais de membrana converge, quando o parâmetro $\\ep$ tende à 0 , para uma densidade de probabilidade $ho_t(u,r)$ que satisfaz uma equação diferencial parcial nâo linear do tipo hiperbólica . |
publishDate |
2015 |
dc.date.issued.fl_str_mv |
2015-07-17 |
dc.type.status.fl_str_mv |
info:eu-repo/semantics/publishedVersion |
dc.type.driver.fl_str_mv |
info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
format |
doctoralThesis |
status_str |
publishedVersion |
dc.identifier.uri.fl_str_mv |
https://doi.org/10.11606/T.45.2016.tde-01062016-162917 |
url |
https://doi.org/10.11606/T.45.2016.tde-01062016-162917 |
dc.language.iso.fl_str_mv |
por |
language |
por |
dc.rights.driver.fl_str_mv |
info:eu-repo/semantics/openAccess |
eu_rights_str_mv |
openAccess |
dc.publisher.none.fl_str_mv |
Universidade de São Paulo |
dc.publisher.program.fl_str_mv |
Estatística |
dc.publisher.initials.fl_str_mv |
USP |
dc.publisher.country.fl_str_mv |
BR |
publisher.none.fl_str_mv |
Universidade de São Paulo |
dc.source.none.fl_str_mv |
reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP instname:Universidade de São Paulo (USP) instacron:USP |
instname_str |
Universidade de São Paulo (USP) |
instacron_str |
USP |
institution |
USP |
reponame_str |
Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP |
collection |
Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP |
repository.name.fl_str_mv |
Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP - Universidade de São Paulo (USP) |
repository.mail.fl_str_mv |
virginia@if.usp.br|| atendimento@aguia.usp.br||virginia@if.usp.br |
_version_ |
1794502380229754880 |