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Il caos omoclinico: dai laser ai neuroni (dinamica dei processi percettivi)

Dip. di Fisica- Università di Firenze e Istituto Nazione di Ottica Applicata Firenze, arecchi@ino.it. 19 Gennaio 2004, Firenze. Il caos omoclinico: dai laser ai neuroni (dinamica dei processi percettivi). F.T. Arecchi. 1. Indice. 1. Il caos omoclinico (HC) nei laser

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Il caos omoclinico: dai laser ai neuroni (dinamica dei processi percettivi)

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Presentation Transcript

  1. Dip. di Fisica- Università di Firenzee Istituto Nazione di Ottica ApplicataFirenze, arecchi@ino.it 19 Gennaio 2004, Firenze Il caos omoclinico: dai laser ai neuroni (dinamica dei processi percettivi) F.T. Arecchi 1

  2. Indice • 1. Il caos omoclinico (HC) nei laser • 2. Sincronizzazione in rete:propensione • 3.Orologi biologici; dinamica del neurone • 4. Percezione e “feature binding”:il codice temporale • 5. Lettura del codice e funzione di Wigner: interferenza e aspetti quantistici 2

  3. Nonlinear dynamics

  4. 4

  5. Laser CO2 con feedback Modello 3D X Intensità laser Y Inversione di popolazione z Segnale di feedback 5

  6. 6

  7. 7

  8. Phase slips 8

  9. Spiking frequency vs Bias 9

  10. Bursting in a laser LPF Low Pass Filter VGA Voltage Gain Amplifier 10

  11. From a) to c) : nc = 100, 300, 600 Hz ; 11

  12. DSS & Pseudochaos Free running Td = 1 ms Td = 4 ms red :Td, green : Tr 12

  13. 13

  14. Indice • 1. Il caos omoclinico (HC) nei laser • 2.Sincronizzazione in rete:propensione • 3.Orologi biologici; dinamica del neurone • 4. Percezione e “feature binding”:il codice temporale • 5. Lettura del codice e funzione di Wigner: interferenza e aspetti quantistici 14

  15. Synchronization patterns in arrays of homoclinic chaotic systems e=(a)0.0;(b)0.05;(c)0.1;(d)0.12;(e)0.25 15

  16. 16

  17. Coherence R = <ISI>/d(ISI) HC Lorenz

  18. Indice • 1. Il caos omoclinico (HC) nei laser • 2. Sincronizzazione in rete:propensione • 3.Orologi biologici; dinamica del neurone • 4. Percezione e “feature binding”:il codice temporale • 5. Lettura del codice e funzione di Wigner: interferenza e aspetti quantistici 18

  19. Orologi biologici 19

  20. Dinamica del singolo neurone Potenziali di azione Soma Assone ingressi Dinamica non lineare (di soglia) c Ingresso b a SOGLIA Treni di spikes sull’assone 20

  21. Indice • 1. Il caos omoclinico (HC) nei laser • 2. Sincronizzazione in rete:propensione • 3.Orologi biologici; dinamica del neurone • 4. Percezione e “feature binding”:il codice temporale • 5. Lettura del codice e funzione di Wigner: interferenza e aspetti quantistici 21

  22. Feature Binding by neuron synchronization 22

  23. ART = Adaptive Resonance Theory 23

  24. Indice • 1. Il caos omoclinico (HC) nei laser • 2. Sincronizzazione in rete:propensione • 3. Orologi biologici; dinamica del neurone • 4. Percezione e “feature binding”:il codice temporale • 5. Lettura del codice e funzione di Wigner: interferenza e aspetti quantistici 26

  25. Wigner function in time How to naturally correlate synchronized signals 27

  26. Wigner distribution of two sinusoidal packets shown at the top. The oscillating interference is centered at the middle time-frequency location. 28

  27. Decoherence time

  28. Musical score

  29. Spectrograms of chirped pulses

  30. FROG

  31. Time code Min separation 3 ms; Ave. sep. 25 ms; Decision time N. Bins N=66 Apriori number of binary messages Relative entropy Number of words word uncertainty for : approximated by

  32. Quantum constant in J s Energy time conversion: P=1 requires 10 kBT, for 108 neurons it is 4∙10-12J ; T=1 is 3ms; Thus C=6∙10-12Js=1022h

  33. Wigner function in space Hubel Wiesel : on-off cell yields space derivative - + V1 V2 V3 ITC Stack of coupled layers with increasing receptive field f(x+x) and f(x-x) as Taylor series DxDk= 1 Meaning of k: corresponds to finite speed of NN coupling v = t1-1 35

  34. M2 a S M1 b Young experiment read in terms of a local meter M1 or a non-local meter M2 36

  35. Formulazione Q.: evoluzione di W

  36. Modello dinamico per rete HC sincronizzataSotto soglia percolazione:gas di difetti(eccitazioni elementari) Linearizzo attorno a sella Diagonalizzo Aggiusto parametri finché Energia

  37. Why in QED Why in QCD QED and QCD macroscopic approximations of SS ?

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