Estadística y procesamiento de información en sistemas excitables con ruido

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Este trabajo se centra en el estudio de los sistemas excitables bajo la acción delruido. Aun los sistemas canónicos más simples presentan propiedades estadísticasno triviales que dan cuenta de la estructura topológica de su espacio de fases determinista. Algunos aspectos estructurales de estos siste...

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Detalles Bibliográficos
Autor principal: Eguia, Manuel Camilo
Otros Autores: Mindlin, Gabriel B.
Formato: Tesis doctoral publishedVersion
Lenguaje:Español
Publicado: Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales 2002
Materias:
EXCITABILITY
ESCAPE RATES
INTERSPIKE HISTOGRAMS
NOISE
INFORMATION THEORY
COMPUTABILITY
Acceso en línea:https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n3479_Eguia
https://repositoriouba.sisbi.uba.ar/gsdl/cgi-bin/library.cgi?a=d&c=aextesis&d=tesis_n3479_Eguia_oai
Aporte de:
Repositorio Digital de la Universidad de Buenos Aires (UBA) de Universidad de Buenos Aires
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Eguia, Manuel Camilo
Estadística y procesamiento de información en sistemas excitables con ruido
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description Este trabajo se centra en el estudio de los sistemas excitables bajo la acción delruido. Aun los sistemas canónicos más simples presentan propiedades estadísticasno triviales que dan cuenta de la estructura topológica de su espacio de fases determinista. Algunos aspectos estructurales de estos sistemas se revelan en presencia deruido y en proximidad de las bifurcaciones que los caracterizan. En particular las dosclases básicas de excitabilidad (tipo I y II) presentan huellas distintivas diferenciadasen los histogramas de tiempos entre pulsos cerca de sus respectivas bifurcaciones. En la primera parte de este trabajo se derivan expresiones analíticas y semianalíticaspara los histogramas de tiempos entre pulsos excitables de dos sistemasclásicos: el péndulo con torque y el modelo de FitzHugh-Nagumo. Las aproximaciones abrevande la teoría de escapes de un estado metaestable de Kramers y otroselementos de la teoría de procesos estocásticos. Se discute un posible impacto de losresultados en el estudio de la actividad espontánea estacionaria de neuronas. En la segunda parte de esta tesis abordamos algunos aspectos del acople desistemas excitables. En particular mostramos cómo es posible realizar operacioneslógicas con sistemas excitables con ruido, sin sincronización externa. Para ello utilizamos laspropiedades de saturación e integración temporal de un modelo simplificado desinapsis qímicas rápidas. Finalmente aplicamos algunos elementos de teoríade la información a un modelo de neuronas que producen ráfagas con el propósitode poner en evidencia justamente algunas limitaciones de la aplicacion estándar dedicha teoría (concebida originalmente para elementos pasivos de trasducción) a lossistemas neuronales que son fuertemente no lineales y activos.
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spelling I28-R145-tesis_n3479_Eguia_oai2024-09-02 Mindlin, Gabriel B. Eguia, Manuel Camilo 2002 Este trabajo se centra en el estudio de los sistemas excitables bajo la acción delruido. Aun los sistemas canónicos más simples presentan propiedades estadísticasno triviales que dan cuenta de la estructura topológica de su espacio de fases determinista. Algunos aspectos estructurales de estos sistemas se revelan en presencia deruido y en proximidad de las bifurcaciones que los caracterizan. En particular las dosclases básicas de excitabilidad (tipo I y II) presentan huellas distintivas diferenciadasen los histogramas de tiempos entre pulsos cerca de sus respectivas bifurcaciones. En la primera parte de este trabajo se derivan expresiones analíticas y semianalíticaspara los histogramas de tiempos entre pulsos excitables de dos sistemasclásicos: el péndulo con torque y el modelo de FitzHugh-Nagumo. Las aproximaciones abrevande la teoría de escapes de un estado metaestable de Kramers y otroselementos de la teoría de procesos estocásticos. Se discute un posible impacto de losresultados en el estudio de la actividad espontánea estacionaria de neuronas. En la segunda parte de esta tesis abordamos algunos aspectos del acople desistemas excitables. En particular mostramos cómo es posible realizar operacioneslógicas con sistemas excitables con ruido, sin sincronización externa. Para ello utilizamos laspropiedades de saturación e integración temporal de un modelo simplificado desinapsis qímicas rápidas. Finalmente aplicamos algunos elementos de teoríade la información a un modelo de neuronas que producen ráfagas con el propósitode poner en evidencia justamente algunas limitaciones de la aplicacion estándar dedicha teoría (concebida originalmente para elementos pasivos de trasducción) a lossistemas neuronales que son fuertemente no lineales y activos. This thesis focuses on the behavior of excitable systems subjected to the action ofexternal noise. Even the simplest systems display nontrivial statistical propertiesthat account for the topological structure of its phase space. These features arisein the presence of noise and close to a characteristic bifurcation. For instance, thetwo basic types of excitability (class I and II) can be discriminated by means of theintespike histograms close to their respective bifurcations. In the first part of this work, we derive analytical and semianalytical expressionsfor the interspike histograms of two clasical models: the pendulum with friction andtorque and the FitzHugh-Nagumo equations. The aproximations arise from Kramers’escape theory and from the theory of stochastic processes. We discuss the potentialimpact of our results on the study of the spontaneous activity of neurons. In the second part of this thesis, we address the issue of coupling excitablesystems. We show how to perform all the logical operations with excitable systemsin a noisy environment and without external synchronization. In order to achievethis, we make use of the saturation and integration properties of a Simplified modelof fast chemical synapse. Finally, we apply information theory to a bursting neuronmodel with the aim of revealing some limitations of a straightforward aplication ofthe information measures (originally concieved for pasive transducers) to a neuralsystem, which is active and strongly nonlinear. Fil: Eguia, Manuel Camilo. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina. application/pdf https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n3479_Eguia spa Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales info:eu-repo/semantics/openAccess https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/2.5/ar EXCITABILITY ESCAPE RATES INTERSPIKE HISTOGRAMS NOISE INFORMATION THEORY COMPUTABILITY Estadística y procesamiento de información en sistemas excitables con ruido Statistical properties and information processing in noise-driven excitable systems info:eu-repo/semantics/doctoralThesis info:ar-repo/semantics/tesis doctoral info:eu-repo/semantics/publishedVersion https://repositoriouba.sisbi.uba.ar/gsdl/cgi-bin/library.cgi?a=d&c=aextesis&d=tesis_n3479_Eguia_oai

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