使用特征值局部评估非线性动态系统的稳定性

计算科学 线性代数 特征值 稳定 神经科学
2021-12-15 11:44:13

我正在研究计算神经科学。我在模块化网络中有一个大的突触矩阵(x 轴:突触前 NeuronID,y 轴:突触后 NeuronID)。矩阵接近于随机矩阵,并且 Girko 的循环定律部分适用,因为当您绘制其 Imag/Real 部分时,大部分特征值位于一个圆圈中;由于网络的模块化,一些特征值将在主体之外。

此外,我的系统是非线性的,因为它由神经元组成,其群体活动的传递函数接近于 sigmoid ( 2 )。那是连续时间的频率/输入。

我可以根据特征值得出一些关于我的系统稳定性(至少在本地)的结论吗?例如,如果我有一个很大的真实特征值,我的系统可能会被证明是不稳定的,随着时间的推移,活动呈指数级增长。

1个回答

一些简短的评论,因为这是一个老问题。

  • 神经网络随机矩阵特征谱理论检验的一些结果:( Rajan & Abbott 2006 , Muir & Mrsic-Flogel 2015 )。然而,许多随机矩阵理论并不适用,因为现实网络的图是非厄米图并且可能受到很大限制。
  • 一般来说,您当然可以使用线性系统分析的结果来检查网络的稳定性。然而,只有当系统以线性方式运行时,结果才会成立——当活动分区中任何神经元的活动远未达到饱和,并且活动分区没有变化时(即没有活动神经元低于阈值)。
  • 但是,您可以分别分析每个活动分区(参见Hahnloser 1998)。
  • 不稳定会导致发射率饱和,因为您使用的是饱和传递函数。