This paper investigates the influence of the ion channel noise, that is one of important internal neuronal noise sources, on the response of a Hodgkin-Huxley neuron in different stimulus regimes. Our results show that, in the case of dc current introduction into neuron dynamics, neuronal firings in excitable neuron emerge with growing firing rate due to increasing ion channel noise. Despite such a relationship between firing rate and channel noise, emergent behaviour is still spontaneous and irregular. However, neuronal firings in spiking neuron skip or terminate due to intermediate level of channel noise. This is known as inverse stochastic resonance phenomenon. We show that firing behaviour of such a spiking neuron is, interestingly, highly irregular around the revealed noise levels and this continues towards higher noise intensities. On the other hand, we examine the influence of channel noise on the neuronal response to a periodic signal primarily with subthreshold amplitude. We show that signal frequency has a significant effect on the response sensitivity related to channel noise intensity whereas, compared to dc current input, firing probability and regularity show a close relationship due to increasing noise. Finally, neuronal behaviour due to ion channel noise in the case of suprathreshold periodic forcing is analysed. Up to a certain level of channel noise, it does not seriously affect number of firings which has a nonlinear relationship with increasing signal frequencies. It is also possible to see inverse stochastic resonance effect at the high frequency regions with the help of relatively high noise. Another interesting finding is that channel noise does not affect the regularity at certain frequencies, yielding the presence of irregular response region at suprathreshold periodic inputs.
Channel noise spiking regularity firing rate dc stimulus periodic input
Bu makale, önemli içsel nöronal gürültü kaynaklarından biri olan iyon kanal gürültüsünün, farklı uyartım rejimlerinde Hodgkin-Huxley nöronunun tepkisi üzerindeki etkisini araştırmaktadır. Sonuçlarımız, nöron dinamiklerine dc akımının dahil edilmesi durumunda, uyarılabilir nörondaki nöronal ateşlemelerin, arttırılan iyon kanalı gürültüsü nedeniyle artan ateşleme hızıyla ortaya çıktığını göstermektedir. Ateşleme hızı ve kanal gürültüsü arasındaki böyle bir ilişkiye rağmen, ortaya çıkan davranış hala spontane ve düzensizdir. Ancak, ateşleyen nörondaki nöronal ateşlemeler, orta düzeydeki kanal gürültüsü nedeniyle seker veya susar. Bu, ters stokastik rezonans fenomeni olarak bilinir. Böyle bir ateşleyen nöronun, sekme veya susma davranışının ortaya çıktığı gürültü seviyeleri etrafında, ilginç bir şekilde, oldukça düzensiz olduğunu ve bunun daha yüksek gürültü seviyelerine doğru da devam ettiği gösterilmiştir. Öte yandan, kanal gürültüsünün, öncelikli olarak eşik altı genliğe sahip periyodik bir sinyale verilen nöronal tepki üzerindeki etkisi incelenmiştir. Sinyal frekansının kanal gürültü yoğunluğuna ilişkin tepki hassasiyeti üzerinde önemli bir etkiye sahip olduğu gösterilmektedir, oysa dc akım girdisiyle karşılaştırıldığında ateşleme olasılığı ve düzenlilik artan gürültü nedeniyle yakın bir ilişki göstermektedir. Son olarak, eşik üstü periyodik uyartım durumunda iyon kanal gürültüsüne bağlı nöronal davranış analiz edilmiştir. Belirli bir kanal gürültüsü seviyesine kadar, gürültü artan sinyal frekanslarıyla doğrusal olmayan bir ilişkiye sahip olan ateşleme sayısını ciddi şekilde etkilememektedir. Nispeten yüksek gürültü yardımıyla yüksek frekans bölgelerinde ters stokastik rezonans etkisinin olduğu söylenebilir. Bir diğer ilginç bulgu ise kanal gürültüsünün belirli frekanslarda düzenliliği etkilememesidir, ki bu eşik üstü periyodik sinyal uygulandığında düzensiz tepki bölgesinin varlığını ortaya çıkarmaktadır.
Kanal gürültüsü ateşleme düzenliliği ateşleme oranı dc uyartım periyodik girdi
Birincil Dil | İngilizce |
---|---|
Konular | Makine Öğrenme (Diğer) |
Bölüm | Makaleler |
Yazarlar | |
Yayımlanma Tarihi | 30 Ocak 2025 |
Gönderilme Tarihi | 31 Temmuz 2024 |
Kabul Tarihi | 20 Eylül 2024 |
Yayımlandığı Sayı | Yıl 2025 Cilt: 13 Sayı: 1 |