Как синхронизация защищает от шума

Функциональная роль синхронизации вызывает большой интерес и многочисленные дискуссии. В частности, синхронизация может обеспечивать взаимодействие и кооперацию удалённых участков мозга и, следовательно, играть роль в механизмах временного связывания, внимания или сенсомоторной интеграции. В этой статье мы изучаем другую роль синхронизации — так называемое «коллективное повышение точности». Мы утверждаем в рамках полностью нелинейного динамического подхода, что синхронизация может защищать взаимосвязанные нейроны от воздействия случайных возмущений — внутреннего нейронного шума, которому подвергаются все нейроны нервной системы. Более точно, наш основной результат — математическое доказательство того, что при выполнении определённых количественно заданных условий влияние шума на отдельные взаимосвязанные системы и на их пространственное среднее может практически полностью компенсироваться за счёт синхронизации. Это свойство позволяет выполнять надёжные вычисления даже при наличии значительного шума, что экспериментально обнаружено, например, в ганглиозных клетках сетчатки приматов. В свою очередь, это является ключевым условием получения содержательных сигналов, передаваемых на последующие уровни, — будь то точно синхронизированные взаимодействия (временное кодирование), популяционное кодирование или частотное кодирование. Аналогичные концепции могут быть применимы к вопросам шума и вариабельности в системной биологии.