首页> 美国卫生研究院文献>other >SWITCHING NEURONAL STATE: OPTIMAL STIMULI REVEALED USING A STOCHASTICALLYSEEDED GRADIENT ALGORITHM
【2h】

SWITCHING NEURONAL STATE: OPTIMAL STIMULI REVEALED USING A STOCHASTICALLYSEEDED GRADIENT ALGORITHM

机译:切换神经元状态:使用随机种子梯度算法揭示了最佳刺激

代理获取
本网站仅为用户提供外文OA文献查询和代理获取服务,本网站没有原文。下单后我们将采用程序或人工为您竭诚获取高质量的原文,但由于OA文献来源多样且变更频繁,仍可能出现获取不到、文献不完整或与标题不符等情况,如果获取不到我们将提供退款服务。请知悉。

摘要

Inducing a switch in neuronal state using energy optimal stimuli is relevant to a variety of problems in neuroscience. Analytical techniques from optimal control theory can identify such stimuli; however, solutions to the optimization problem using indirect variational approaches can be elusive in models that describe neuronal behavior. Here we develop and apply a direct gradient-based optimization algorithm to find stimulus waveforms that elicit a change in neuronal state while minimizing energy usage. We analyze standard models of neuronal behavior, the Hodgkin-Huxley and FitzHugh-Nagumo models, to show that the gradient-based algorithm: 1) enables automated exploration of a wide solution space, using stochastically generated initial waveforms that converge to multiple locally optimal solutions; and 2) finds optimal stimulus waveforms that achieve a physiological outcome condition, without a priori knowledge of the optimal terminal condition of all state variables. Analysis of biological systems using stochastically-seeded gradient methods can reveal salient dynamical mechanisms underlying the optimal control of system behavior. The gradient algorithm may also have practical applications in future work, for example, finding energy optimal waveforms for therapeutic neural stimulation that minimizes power usage and diminishes off-target effects and damage to neighboring tissue.
机译:使用能量最佳刺激诱导神经元状态的转换与神经科学中的各种问题有关。最优控制理论的分析技术可以识别出这种刺激。但是,在描述神经元行为的模型中,使用间接变分方法解决优化问题的方法可能难以捉摸。在这里,我们开发并应用了基于直接梯度的优化算法,以找到能够激发神经元状态变化同时最小化能量消耗的刺激波形。我们分析了神经元行为的标准模型,Hodgkin-Huxley模型和FitzHugh-Nagumo模型,以表明基于梯度的算法:1)使用随机生成的初始波形收敛到多个局部最优解,从而能够自动探索广阔的解空间;和2)在没有先验知识所有状态变量的最佳末尾条件的情况下,找到达到生理结果条件的最佳刺激波形。使用随机播种的梯度方法对生物系统进行分析可以揭示在系统行为的最佳控制基础上的显着动力学机制。梯度算法还可以在将来的工作中具有实际应用,例如,找到用于治疗性神经刺激的能量最佳波形,该波形可以最大程度地减少功率使用并减少脱靶效应和对邻近组织的损害。

著录项

相似文献

  • 外文文献
  • 中文文献
  • 专利
代理获取

客服邮箱:kefu@zhangqiaokeyan.com

京公网安备:11010802029741号 ICP备案号:京ICP备15016152号-6 六维联合信息科技 (北京) 有限公司©版权所有
  • 客服微信

  • 服务号