The Functional Role of Critical Dynamics in Neural Systems

این کتاب مروری به موقع از نظریه ها و روش های توسعه یافته توسط گروه معتبری از محققان برای درک ارتباط بین انتقاد پذیری و عملکرد مغز ارائه می دهد. پردازش اطلاعات قشر مغز به طور خاص و عملکرد مغز به طور کلی به شدت به پویایی جمعی نورون ها و شبکه های توزیع شده در بسیاری از مناطق مغز بستگی دارد. یک مفهوم کلیدی برای توصیف و درک پویایی مغز این ایده است که شبکه ها در نزدیکی یک حالت بحرانی عمل می کنند، که چندین مزیت بالقوه برای محاسبات و پردازش اطلاعات ارائه می دهد. با این حال، هنوز فاصله زیادی بین تحقیقات در مورد انتقادی بودن و درک عملکرد مغز وجود دارد. به عنوان مثال، شبکه‌های قشری همگن نیستند، اما ساختار بالایی دارند، در حالت فعال شدن خود به خودی نیستند، بلکه به شدت توسط محرک‌های خارجی تغییر می‌کنند و اطلاعات را با توجه به اهداف رفتاری پردازش می‌کنند. تاکنون سؤالات مربوط به اینکه چگونه دینامیک بحرانی ممکن است محاسبات را در این تنظیمات پیچیده پشتیبانی کند و اینکه آیا آنها می توانند از سایر طرح های پردازش اطلاعات بهتر عمل کنند باز باقی مانده است. این کتاب بر اساس کارگاه "وضعیت های شبکه پویا، بحرانی بودن و عملکرد قشر" که در مارس 2017 در موسسه مطالعات پیشرفته Hanse (HWK) در دلمنهورست آلمان برگزار شد، اطلاعات گسترده ای در مورد این موضوعات و همچنین ابزارهایی در اختیار خوانندگان قرار می دهد. و ایده هایی برای پاسخ به سوالات فوق الذکر. این برای فیزیکدانان، دانشمندان علوم اعصاب محاسباتی و سیستمی، و زیست شناسان است.

This book offers a timely overview of theories and methods developed by an authoritative group of researchers to understand the link between criticality and brain functioning. Cortical information processing in particular and brain function in general rely heavily on the collective dynamics of neurons and networks distributed over many brain areas. A key concept for characterizing and understanding brain dynamics is the idea that networks operate near a critical state, which offers several potential benefits for computation and information processing. However, there is still a large gap between research on criticality and understanding brain function. For example, cortical networks are not homogeneous but highly structured, they are not in a state of spontaneous activation but strongly driven by changing external stimuli, and they process information with respect to behavioral goals. So far the questions relating to how critical dynamics may support computation in this complex setting, and whether they can outperform other information processing schemes remain open. Based on the workshop “Dynamical Network States, Criticality and Cortical Function", held in March 2017 at the Hanse Institute for Advanced Studies (HWK) in Delmenhorst, Germany, the book provides readers with extensive information on these topics, as well as tools and ideas to answer the above-mentioned questions. It is meant for physicists, computational and systems neuroscientists, and biologists.