<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD Journal Publishing DTD v2.3 20070202//EN" "journalpublishing.dtd">
<article dtd-version="2.3" xml:lang="EN" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink">
<front>
<journal-meta>
<journal-id journal-id-type="publisher-id">Front. Phys.</journal-id>
<journal-title>Frontiers in Physics</journal-title>
<abbrev-journal-title abbrev-type="pubmed">Front. Phys.</abbrev-journal-title>
<issn pub-type="epub">2296-424X</issn>
<publisher>
<publisher-name>Frontiers Media S.A.</publisher-name>
</publisher>
</journal-meta>
<article-meta>
<article-id pub-id-type="publisher-id">583213</article-id>
<article-id pub-id-type="doi">10.3389/fphy.2020.583213</article-id>
<article-categories>
<subj-group subj-group-type="heading">
<subject>Physics</subject>
<subj-group>
<subject>Review</subject>
</subj-group>
</subj-group>
</article-categories>
<title-group>
<article-title>Mechanisms of Self-Organized Quasicriticality in Neuronal Network Models</article-title>
<alt-title alt-title-type="left-running-head">Kinouchi et al.</alt-title>
<alt-title alt-title-type="right-running-head">Mechanisms of Self-Organized Quasicriticality</alt-title>
</title-group>
<contrib-group>
<contrib contrib-type="author" corresp="yes">
<name>
<surname>Kinouchi</surname>
<given-names>Osame</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1">
<sup>1</sup>
</xref>
<xref ref-type="corresp" rid="c001">&#x2a;</xref>
<uri xlink:href="http://loop.frontiersin.org/people/5574/overview"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name>
<surname>Pazzini</surname>
<given-names>Renata</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1">
<sup>1</sup>
</xref>
<uri xlink:href="http://loop.frontiersin.org/people/1086642/overview"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name>
<surname>Copelli</surname>
<given-names>Mauro</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff2">
<sup>2</sup>
</xref>
<uri xlink:href="http://loop.frontiersin.org/people/5371/overview"/>
</contrib>
</contrib-group>
<aff id="aff1">
<label>
<sup>1</sup>
</label>Laborat&#xf3;rio de F&#xed;sica Estat&#xed;stica e Biologia Computacional, Faculdade de Filosofia, Ci&#xea;ncias e Letras de Ribeir&#xe3;o Preto, Departmento de F&#xed;sica, Universidade de S&#xe3;o Paulo, <addr-line>Ribeir&#xe3;o Preto</addr-line>, <country>Brazil</country>
</aff>
<aff id="aff2">
<label>
<sup>2</sup>
</label>Departamento de F&#xed;sica, Universidade Federal de Pernambuco, <addr-line>Recife</addr-line>, <country>Brazil</country>
</aff>
<author-notes>
<fn fn-type="edited-by">
<p>
<bold>Edited by:</bold> <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/762250/overview">Attilio L. Stella</ext-link>, University of Padua, Italy</p>
</fn>
<fn fn-type="edited-by">
<p>
<bold>Reviewed by:</bold> <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/95640/overview">Srutarshi Pradhan</ext-link>, Norwegian University of Science and Technology, Norway</p>
<p>
<ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/78664/overview">Ignazio Licata</ext-link>, Institute for Scientific Methodology (ISEM), Italy</p>
</fn>
<corresp id="c001">&#x2a;Correspondence: Osame Kinouchi, <email>osame@ffclrp.usp.br</email>
</corresp>
<fn fn-type="other">
<p>This article was submitted to Interdisciplinary Physics, a section of the journal Frontiers in Physics</p>
</fn>
</author-notes>
<pub-date pub-type="epub">
<day>23</day>
<month>12</month>
<year>2020</year>
</pub-date>
<pub-date pub-type="collection">
<year>2020</year>
</pub-date>
<volume>8</volume>
<elocation-id>583213</elocation-id>
<history>
<date date-type="received">
<day>14</day>
<month>07</month>
<year>2020</year>
</date>
<date date-type="accepted">
<day>19</day>
<month>10</month>
<year>2020</year>
</date>
</history>
<permissions>
<copyright-statement>Copyright &#x00A9; 2020 Kinouchi, Pazzini and Copelli</copyright-statement>
<copyright-holder>Kinouchi, Pazzini and Copelli</copyright-holder>
<license xlink:href="http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">
<p>This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (CC BY). The use, distribution or reproduction in other forums is permitted, provided the original author(s) and the copyright owner(s) are credited and that the original publication in this journal is cited, in accordance with accepted academic practice. No use, distribution or reproduction is permitted which does not comply with these terms.</p>
</license>
</permissions>
<abstract>
<p>The critical brain hypothesis states that there are information processing advantages for neuronal networks working close to the critical region of a phase transition. If this is true, we must ask how the networks achieve and maintain this critical state. Here, we review several proposed biological mechanisms that turn the critical region into an attractor of a dynamics in network parameters like synapses, neuronal gains, and firing thresholds. Since neuronal networks (biological and models) are not conservative but dissipative, we expect not exact criticality but self-organized quasicriticality, where the system hovers around the critical point.</p>
</abstract>
<kwd-group>
<kwd>self-organized criticality</kwd>
<kwd>neuronal avalanches</kwd>
<kwd>self-organization</kwd>
<kwd>neuronal networks</kwd>
<kwd>adaptive networks</kwd>
<kwd>homeostasis</kwd>
<kwd>synaptic depression</kwd>
<kwd>learning</kwd>
</kwd-group>
<counts>
<page-count count="0"/>
</counts>
</article-meta>
</front>
<body>
<sec id="s1">
<label>1</label>
<title>Introduction</title>
<p>Thirty-three years after the initial formulation of the self-organized criticality (SOC) concept [<xref ref-type="bibr" rid="B1">1</xref>] (and 37&#xa0;years after the self-organizing extremal invasion percolation model [<xref ref-type="bibr" rid="B2">2</xref>]), one of the most active areas that employ these ideas is theoretical neuroscience. However, neuronal networks, similar to earthquakes and forest fires, are nonconservative systems, in contrast to canonical SOC systems like sandpile models [<xref ref-type="bibr" rid="B3 B4">3, 4</xref>]. To model such systems, one uses nonconservative networks of elements represented by cellular automata, discrete time maps, or differential equations. Such models have distinct features from conservative systems. A large fraction of them, in particular neuronal networks, have been described as displaying self-organized quasi-criticality (SOqC) [<xref ref-type="bibr" rid="B5">5</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="B7">7</xref>] or weak criticality [<xref ref-type="bibr" rid="B8 B9">8, 9</xref>], which is the subject of this review.</p>
<p>The first person that made an analogy between brain activity and a critical branching process probably was Alan Turing, in his memorable paper <italic>Computing machinery and intelligence</italic> [<xref ref-type="bibr" rid="B10">10</xref>]. Decades later, the idea that SOC models could be important to describe the activity of neuronal networks was in the air as early as 1995 [<xref ref-type="bibr" rid="B11">11</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="B16">16</xref>], eight years before the fundamental 2003 experimental article of Beggs and Plenz [<xref ref-type="bibr" rid="B17">17</xref>] reporting neuronal avalanches. This occurred because several authors, working with models for earthquakes and pulse-coupled threshold elements, noticed the formal analogy between such systems and networks of integrate-and-fire neurons. Critical learning was also conjectured by Chialvo and Bak [<xref ref-type="bibr" rid="B18">18</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="B20">20</xref>]. However, in the absence of experimental support, these works, although prescient, were basically theoretical conjectures. A historical question would be to determine in what extent this early literature motivated Beggs and Plenz to perform their experiments.</p>
<p>Since 2003, however, the study of criticality in neuronal networks developed itself as a research paradigm, with a large literature, diverse experimental approaches, and several problems addressed theoretically and computationally (some reviews include Refs. [<xref ref-type="bibr" rid="B7">7</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B21">21</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="B27">27</xref>]). One of the main results is that information processing seems to be optimized at a second-order absorbing phase transition [<xref ref-type="bibr" rid="B28">28</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="B42">42</xref>]. This transition occurs between no activity (the absorbing phase) and nonzero steady-state activity (the active phase). Such transition is familiar from the SOC literature and pertains to the directed percolation (DP) or the conservative-DP (C-DP or Manna) universality classes [<xref ref-type="bibr" rid="B7">7</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B42">42</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="B45">45</xref>].</p>
<p>An important question is how neuronal networks self-organize toward the critical region. The question arises because, like earthquake and forest-fire models, neuronal networks are not conservative systems, which means that in principle they cannot be exactly critical [<xref ref-type="bibr" rid="B5">5</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B6">6</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B45">45</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B46">46</xref>]. In these networks, we can vary control parameters like the strength of synapses and obtain subcritical, critical, and supercritical behavior. The critical point is therefore achieved only by fine-tuning.</p>
<p>Over time, several authors proposed different biological mechanisms that could eliminate the fine-tuning and make the critical region a self-organized attractor. The obtained criticality is not perfect, but it is sufficient to account for the experimental data. Also, the mechanisms (mainly based on dynamic synapses but also on dynamic neuronal gains and adaptive firing thresholds) are biologically plausible and should be viewed as a research topic <italic>per se</italic>.</p>
<p>The literature about these homeostatic mechanisms is vast, and we do not intend to present an exhaustive review. However, we discuss here some prototypical mechanisms and try to connect them to self-organized quasicriticality (SOqC), a concept developed to account for nonconservative systems that hover around but do not exactly sit on the critical point [<xref ref-type="bibr" rid="B5">5</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="B7">7</xref>].</p>
<p>For a better comparison between the models, we will not rely on the original notation of the reviewed articles, but will try to use a universal notation instead. For example, the synaptic strength between a presynaptic neuron <italic>j</italic> and a postsynaptic neuron <italic>i</italic> will be always denoted by <inline-formula id="inf1">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (notice the convention in the order of the indexes), the membrane potential is <inline-formula id="inf2">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, the binary firing state is <inline-formula id="inf3">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>0,1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, the gain of the firing function is <inline-formula id="inf4">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mtext>&#x393;</mml:mtext>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and the firing threshold is <inline-formula id="inf5">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. To prevent an excess of index subscripts as is usual in dynamical systems, like <inline-formula id="inf6">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, we use the convention <inline-formula id="inf7">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for continuous time and <inline-formula id="inf8">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for discrete time.</p>
<p>Last, before we begin, a few words about the fine-tuning problem. Even perfect SOC systems are in a sense fine-tuned: they must be conservative and require infinite separation of time scales with driving rate <inline-formula id="inf9">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and dissipation rate <inline-formula id="inf10">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> with <inline-formula id="inf11">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> [<xref ref-type="bibr" rid="B3">3</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B4">4</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B7">7</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B43">43</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B45">45</xref>]. For homeostatic systems, we turn a control parameter like the coupling <italic>W</italic> into a time-dependent slow variable <inline-formula id="inf12">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2329;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x232a;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> by imposing a local dynamics in the individual <inline-formula id="inf13">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. This dynamics could depend on new parameters (here called hyperparameters) which need some tuning (in some cases, this tuning can be very coarse in the large &#x3c4; case). Have we exchanged the fine tuning on <italic>W</italic> by several tuning operations on the homeostatic hyperparameters? Not exactly, as nicely discussed by Hernandez-Urbina and Herrmann [<xref ref-type="bibr" rid="B47">47</xref>]:<disp-quote>
<p>
<bold>To Tune or Not to Tune</bold>
</p>
</disp-quote>
<disp-quote>
<p>In this article, we have shown how systems self-organize into a critical state through [homeostasis]. Thus, we became relieved from the task of fine-tuning the control parameter <italic>W</italic>, but instead, we acquire a new task: that of estimating the appropriate values for parameters <inline-formula id="inf14">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and <italic>D</italic>. Is there no way to be relieved from tuning any parameter in the system?</p>
</disp-quote>
<disp-quote>
<p>The issue of tuning or not tuning depends mainly on what we understand by control parameter. (&#x2026;) a control parameter can be thought of a knob or dial that when turned the system exhibits some quantifiable change. We say that the system self-organizes if nobody turns that knob but the system itself. In order to achieve this, the elements comprising the system require a feedback mechanism to be able to change their inner dynamics in response to their surroundings. (&#x2026;) The latter does not require an external entity to turn the dial for the system to exhibit critical dynamics. However, its internal dynamics are configured in a particular way in order to allow feedback mechanisms at the level of individual elements.</p>
</disp-quote>
<disp-quote>
<p>Did we fine-tune their configuration? Yes. Otherwise, we would have not achieved what was desired, as nothing comes out of nothing. Did we change control parameter from <italic>W</italic> to <inline-formula id="inf15">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <italic>D</italic>? No, the control parameter is still intact, and now it is &#x201c;in the hands&#x201d; of the system. (&#x2026;) Last and most importantly, the new configuration stresses the difference between global and local mechanisms. The control parameter <italic>W</italic> (the dial) is an external quantity that observes and governs the global (i.e., the collective), whereas [homeostasis] provides the system with local mechanisms that have an effect over the collective. This is the main feature of a complex system.</p>
</disp-quote>
</p>
</sec>
<sec id="s2">
<label>2</label>
<title> Plastic Synapses</title>
<p>Consider an absorbing-state second-order phase transition where the activity is <inline-formula id="inf16">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> below a critical point <inline-formula id="inf17">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and<disp-formula id="e1">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2243;</mml:mo>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math> <label>(1)</label>
</disp-formula>for <inline-formula id="inf18">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x2273;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, where <italic>E</italic> is a generic control parameter (see <xref ref-type="fig" rid="F1">Figures 1A,B</xref>). For topologies such as random and complete graphs, one typically obtains <inline-formula id="inf19">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, which is consistent with a transition in the mean-field directed percolation (DP) class (or perhaps, the compact-DP (Manna) class usual in SOC models, which has the same mean-field exponents but different ones below the upper critical dimension; see Refs. <xref ref-type="bibr" rid="B3">3</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B7">7</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B42">42</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B48">48</xref>).</p>
<fig id="F1" position="float">
<label>FIGURE 1</label>
<caption>
<p>Example of homeostatic mechanisms in a stochastic neuron with firing probability <inline-formula id="inf20">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. <bold>(A)</bold> Scheme of the loci for homeostatic mechanisms: synapses <inline-formula id="inf21">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, neuronal gain <inline-formula id="inf22">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mtext>&#x393;</mml:mtext>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and firing threshold <inline-formula id="inf23">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Inset: Firing probability with homeostatic variables. <bold>(B)</bold> Bifurcation diagram for the activity &#x3c1; as a function of a generic control parameter <bold>
<italic>E</italic>
</bold>. The critical point is <inline-formula id="inf24">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, but the homeostatic fixed point (a focus) is slightly supercritical. <bold>(C)</bold> Self-organization of the generic &#x201c;control&#x201d; parameter <inline-formula id="inf25">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, where the standard deviation of the stochastic oscillations around the fixed point depends on system size as <inline-formula id="inf26">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>.</mml:mo>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mo>.</mml:mo>
<mml:mo>&#x221d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fphy-08-583213-g001.tif"/>
</fig>
<p>The basic idea underlying most of the proposed mechanism for homeostatic self-organization is to define a slow dynamics in the individual links <inline-formula id="inf27">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> <inline-formula id="inf28">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> such that if the network is in the subcritical state, their average value <inline-formula id="inf29">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2329;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x232a;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> grows toward <inline-formula id="inf30">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, but if the network is in the supercritical state, <inline-formula id="inf31">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> decreases toward <inline-formula id="inf32">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (see <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure 1C</xref>). Ideally, these mechanisms should be local, that is, they should not have access to global network information such as the density of active sites &#x3c1; (the order parameter) but rather only to the local firing of the neurons connected by <inline-formula id="inf33">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. In the following, we give several examples from the literature.</p>
<sec id="s2-1">
<label>2.1</label>
<title> Short-Term Synaptic Plasticity</title>
<p>Markram and Tsodyks [<xref ref-type="bibr" rid="B49">49</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B50">50</xref>] proposed a short-term synaptic model that inspired several authors in the area of self-organization to criticality. The Markram&#x2013;Tsodyks (MT) dynamics is<disp-formula id="e2">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math> <label>(2)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e3">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math> <label>(3)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf34">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the available neurotransmitter resources, <italic>u</italic> is the fraction used after the presynaptic firing at time <inline-formula id="inf35">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (so that the effective synaptic efficacy is <inline-formula id="inf36">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>), <italic>A</italic> and <italic>U</italic> are baseline constants (hyperparameters), and &#x3c4; and <inline-formula id="inf37">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are recovery time constants.</p>
<p>In an influential article, Levina, Herrmann, and Geisel (LHG) [<xref ref-type="bibr" rid="B51">51</xref>] proposed to use depressing&#x2013;recovering synapses. In their model, we have leaky integrate-and-fire (LIF) neurons in a complete-graph topology. As a self-organizing mechanism, they used a simplified version of the MT dynamics with constant <italic>u</italic>, that is, only <xref ref-type="disp-formula" rid="e2">Eq. 2</xref>. They studied the system varying <italic>A</italic> and found that although we need some tuning in the hyperparameter <italic>A</italic>, any initial distribution of synapses <inline-formula id="inf38">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> converges to a stationary distribution <inline-formula id="inf39">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mtext>&#x2a;</mml:mtext>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> with <inline-formula id="inf40">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2329;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2a;</mml:mtext>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x232a;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2248;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. We will refer to <xref ref-type="disp-formula" rid="e2">Eq. 2</xref> with constant <italic>u</italic> as the LHG dynamics. These authors found quasicriticality for <inline-formula id="inf41">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mn>1.7</mml:mn>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mn>2.3</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>0,1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf42">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>&#x221d;</mml:mo>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Levina et al. also studied synapses with the full MT model in Refs. <xref ref-type="bibr" rid="B52">52</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B53">53</xref>.</p>
<p>Bonachela et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B6">6</xref>] studied in depth the LHG model and found that, like forest-fire models, it is an instance of SOqC. The system presents the characteristic hovering around the critical point in the form of stochastic sawtooth oscillations in the <inline-formula id="inf43">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> that do not disappear in the thermodynamic limit. Using the same model, Wang and Zhou [<xref ref-type="bibr" rid="B54">54</xref>] showed that the LHG dynamics also works in hierarchical modular networks, with an apparent improvement in SOqC robustness in this topology.</p>
<p>Note that the LHG dynamics can be written in terms of the synaptic efficacy <inline-formula id="inf44">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> by multiplying <xref ref-type="disp-formula" rid="e2">Eq. 2</xref> by <italic>u</italic>, leading to<disp-formula id="e4">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(4)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Brochini et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B55">55</xref>] studied a complete graph of stochastic discrete time LIFs [<xref ref-type="bibr" rid="B56">56</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B57">57</xref>] and proposed a discrete time LHG dynamics:<disp-formula id="e5">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math> <label>(5)</label>
</disp-formula>where the firing index <inline-formula id="inf45">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>0,1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> denotes spikes. Kinouchi et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B58">58</xref>], in the same system, studied the stability of the fixed points of the joint neuronal LHG dynamics. They found that, for the average synaptic value <italic>W</italic>, the fixed point is <inline-formula id="inf46">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mtext>&#x2a;</mml:mtext>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, meaning that for large <inline-formula id="inf47">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, the systems approach the critical point <inline-formula id="inf48">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> if <inline-formula id="inf49">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. However, since it is not biologically plausible to assume an infinite recovering time &#x3c4;, one always obtains a system which is slightly supercritical. This work also showed that the fixed point is a barely stable focus, around which the system is excited by finite size (demographic) noise, leading to the characteristic sawtooth oscillations of SOqC. A similar scenario was already found by Grassberger and Kantz for forest-fire models [<xref ref-type="bibr" rid="B59">59</xref>].</p>
<p>The discrete time LHG dynamics was also studied for cellular automata neurons in random networks with an average of <italic>K</italic> neighbors connected by probabilistic synapses <inline-formula id="inf50">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>0,1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (Costa et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B60">60</xref>], Campos et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B61">61</xref>] and Kinouchi et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B58">58</xref>]):<disp-formula id="e6">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math> <label>(6)</label>
</disp-formula>with an upper limit <inline-formula id="inf51">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>max</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Multiplying by <italic>K</italic> and summing over <italic>i</italic>, we get an equation for the local branching ratio:</p>
<disp-formula id="e7">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(7)</label>
</disp-formula>
<p>It has been found that such depressing synapses induce correlations inside the synaptic matrix, affecting the global branching ratio <inline-formula id="inf52">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2329;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x232a;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, so that criticality does not occur at the branching ratio <inline-formula id="inf53">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> but rather when the largest eigenvalue of the synaptic matrix is <inline-formula id="inf54">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, with <inline-formula id="inf55">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mtext>&#x2a;</mml:mtext>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2329;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2a;</mml:mtext>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x232a;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2248;</mml:mo>
<mml:mn>1.1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> [<xref ref-type="bibr" rid="B61">61</xref>].<list list-type="simple">
<list-item>
<p>After examining this diverse literature, it seems that any homeostatic dynamics of the form</p>
</list-item>
</list>
<disp-formula id="e8">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math> <label>(8)</label>
</disp-formula>can self-organize the networks, where <italic>R</italic> and <italic>D</italic> are the recovery and depressing processes, for example:<disp-formula id="e9">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math> <label>(9)</label>
</disp-formula>
<list list-type="simple">
<list-item>
<p>In particular, the simplest mechanism would be</p>
</list-item>
</list>
<disp-formula id="e10">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math> <label>(10)</label>
</disp-formula>a usual dynamics in SOC models [<xref ref-type="bibr" rid="B5">5</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B7">7</xref>]. This means that the full LHG dynamics, and also the full MT dynamics, is a sufficient but not a necessary condition for SOqC.<list list-type="simple">
<list-item>
<p>The average <inline-formula id="inf56">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2329;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x232a;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for this dynamics is</p>
</list-item>
</list>
<disp-formula id="e11">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math> <label>(11)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf57">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2329;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x232a;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the time-dependent network activity. The stationary state is <inline-formula id="inf58">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mtext>&#x2a;</mml:mtext>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and if <inline-formula id="inf59">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is large, this means that <inline-formula id="inf60">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mtext>&#x2a;</mml:mtext>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Also, if we use <xref ref-type="disp-formula" rid="e1">Eq. 1</xref>, we get <inline-formula id="inf61">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mtext>&#x2a;</mml:mtext>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. The dissipative term <italic>u</italic> should also be small, meaning that, if we desire absolute separation of time scales, we need <inline-formula id="inf62">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, as is usual in other SOC systems [<xref ref-type="bibr" rid="B3">3</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B5">5</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B7">7</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B43">43</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B45">45</xref>].</p>
<p>Here, for biological plausibility, it is better to assume a large but finite recovery time, say <inline-formula id="inf63">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>100,10,000</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> ms, in comparison with 1 ms for spikes. Also, to obtain SOqC, <italic>u</italic> need not be small. We must have <inline-formula id="inf64">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> because <inline-formula id="inf65">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> produces subcritical activity [<xref ref-type="bibr" rid="B6">6</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B51">51</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B58">58</xref>]. So, moderate <inline-formula id="inf66">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1,2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf67">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>0,1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and large <inline-formula id="inf68">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mn>1000</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> seem to be the coarse tuning conditions for homeostasis. This produces the hovering of the average value <inline-formula id="inf69">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2329;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x232a;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> around the critical point <inline-formula id="inf70">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, with the characteristic sawtooth oscillations of SOqC and power-law avalanches for some decades.</p>
<p>We observe that the original LHG model [<xref ref-type="bibr" rid="B6">6</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B51">51</xref>] had <inline-formula id="inf71">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>&#x221d;</mml:mo>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> to produce the infinite separation of time scales in the large-<italic>N</italic> limit. This, however, did not prevent the SOqC hovering stochastic oscillations in the thermodynamic limit. Moreover, a recovery time proportional to <italic>N</italic> is a very unrealistic feature for biological synapses. Curiously, if we use a finite <inline-formula id="inf72">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> instead, the oscillations are damped in the thermodynamic limit because the fixed point <inline-formula id="inf73">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mtext>&#x2a;</mml:mtext>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mtext>&#x2a;</mml:mtext>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> continues to be an attractive focus, but the demographic noise vanishes. On the other hand, when we use <inline-formula id="inf74">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, the fixed point loses its stability and continues to be perturbed even by the <inline-formula id="inf75">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> vanishing fluctuations [<xref ref-type="bibr" rid="B58">58</xref>].</p>
<p>As early as 1998, Kinouchi [<xref ref-type="bibr" rid="B62">62</xref>] proposed the synaptic dynamics:<disp-formula id="e12">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(12)</label>
</disp-formula>with small but finite &#x3c4; and <italic>u</italic>. The difference here from the former mechanisms is that, like in <xref ref-type="disp-formula" rid="e10">Eq. 10</xref>, depression is not proportional to <inline-formula id="inf76">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (but recovery is). He also discussed the several concepts of SOC at the time, and called these homeostatic system as self-tuned criticality, which is equivalent to a SOqC system with finite separation of time scales.</p>
<p>Hsu and Beggs [<xref ref-type="bibr" rid="B63">63</xref>] studied a model for the activity <inline-formula id="inf77">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> of the local field potential at electrode <italic>i</italic>:<disp-formula id="e13">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:munder>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math> <label>(13)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf78">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is a spontaneous activity used to prevent the freezing of the system in the absorbing state (this is similar to a time-dependent SOC drive term <italic>h</italic>). The probabilistic coupling is <inline-formula id="inf79">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>0,1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Firing-rate homeostasis and critical homeostasis are achieved by increasing or decreasing <italic>H</italic> and <italic>P</italic> if the firing rate is too low or too high compared to a target firing rate <inline-formula id="inf80">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>:<disp-formula id="e14">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mtext>exp</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2329;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x232a;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math> <label>(14)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e15">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mtext>exp</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2329;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x232a;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math> <label>(15)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf81">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2329;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>&#x232a;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> represents a moving average over a memory widow <inline-formula id="inf82">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>Hsu and Beggs found that for <inline-formula id="inf83">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2248;</mml:mo>
<mml:mn>0.5</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, this dynamics leads to a critical branching ratio <inline-formula id="inf84">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. They also found that the target firing rate <inline-formula id="inf85">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> can be maintained by this homeostasis. <xref ref-type="disp-formula" rid="e15">Equation 15</xref> reminds us of the depressing&#x2013;recovering synaptic rule of <xref ref-type="disp-formula" rid="e9">Eq. 9</xref>. Indeed, if we examine the small <inline-formula id="inf86">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> limit (as used by the authors), we have<disp-formula id="e16">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2243;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2329;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x232a;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math> <label>(16)</label>
</disp-formula>where now <inline-formula id="inf87">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf88">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. A similar reasoning applies to the equation for <inline-formula id="inf89">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, which could be identified with the homeostatic threshold <xref ref-type="disp-formula" rid="e60">Eq. 60</xref> discussed in <xref ref-type="sec" rid="s4">Section 4</xref>, with <inline-formula id="inf90">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>In another article, Hsu et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B64">64</xref>] extended the model to include distance-dependent connectivity and Hebbian learning [<xref ref-type="bibr" rid="B64">64</xref>]. Changing the homeostasis equations to our standard notation, we have<disp-formula id="e17">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2329;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x232a;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label> (17)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e18">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2329;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x232a;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label> (18)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf91">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>0,1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is now a probability of spontaneous firing, <inline-formula id="inf92">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is a target average activity, and <inline-formula id="inf93">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the distance between electrodes <italic>i</italic> and <italic>j</italic>. The input ratio is <inline-formula id="inf94">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:msub>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Remember that, for a critical branching process, <inline-formula id="inf95">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2329;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x232a;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. These values were chosen as homeostatic targets.</p>
<p>Shew et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B65">65</xref>] studied experimentally the visual cortex of the turtle and proposed a (complete graph) self-organizing model for the input synapses <inline-formula id="inf96">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mtext>&#x3a9;</mml:mtext>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and the cortical synapses <inline-formula id="inf97">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. The stochastic neurons fire with a linear saturating function:<disp-formula id="e19">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mtext>Prob</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mtext>if</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mtext>if</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label> (19)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e20">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mtext>&#x3a9;</mml:mtext>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:munder>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:munder>
<mml:msub>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label> (20)</label>
</disp-formula>where, like in <xref ref-type="disp-formula" rid="e13">Eq. 13</xref>, <inline-formula id="inf98">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> accounts for external stimuli. For both types of synapses, they used the discrete time LHG dynamics, <xref ref-type="disp-formula" rid="e5">Eq. 5</xref>, and concluded that the computational model accounts very well for the experimental data.</p>
<p>Hernandez-Urbina and Herrmann [<xref ref-type="bibr" rid="B47">47</xref>] studied a discrete time IF model where they define a local measure called node success:<disp-formula id="e21">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label> (21)</label>
</disp-formula>where <italic>A</italic> is the adjacency matrix of the network, with <inline-formula id="inf99">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> if <italic>j</italic> projects onto <italic>i</italic> (<inline-formula id="inf100">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> otherwise). Note that we reversed the indices as compared with the original notation [<xref ref-type="bibr" rid="B47">47</xref>]. Observe that <inline-formula id="inf101">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> measures how many postsynaptic neurons are excited by the presynaptic neuron <italic>j</italic>.<list list-type="simple">
<list-item>
<p>The authors then define the node success&#x2013;driven plasticity (NSDP):</p>
</list-item>
</list>
<disp-formula id="e22">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:mtext>exp</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mtext> exp</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mtext>&#x394;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label> (22)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf102">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mtext>&#x394;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the time difference between the spike of node <italic>j</italic> occurring at current time step <italic>t</italic> and its previous spike which occurred at <inline-formula id="inf103">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (the last spike), while <italic>B</italic> and <italic>D</italic> are constants. Notice that the drive term is larger if the node success is small and the dissipation term is larger if the firing rate (inferred locally as <inline-formula id="inf104">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mtext>&#x394;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>) is large [compare with <xref ref-type="disp-formula" rid="e8">Eq. 8</xref>].</p>
<p>They analyzed the relation among the avalanche critical exponents, the largest eigenvalue <inline-formula id="inf105">
<mml:math>
<mml:mtext>&#x39b;</mml:mtext>
</mml:math>
</inline-formula> associated to the weight matrix, and the data collapse of the shape of avalanches for several network topologies. All results are compatible with (quasi-)criticality. They also found that if they stop NSDP and introduce STDP, the criticality vanishes, but if the two dynamics are done together, criticality survives.</p>
<p>Levina et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B66">66</xref>] proposed a model in a complete graph in which the branching ratio <italic>&#x3c3;</italic> is estimated as the local branching <inline-formula id="inf106">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> of a neuron that initiates an avalanche. The homeostatic rule is to increase the synapses if <inline-formula id="inf107">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and decreasing them if <inline-formula id="inf108">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. The network converges, with SOqC oscillations, to <inline-formula id="inf109">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mtext>&#x2a;</mml:mtext>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2248;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</sec>
<sec id="s2-2">
<label>2.2</label>
<title> Meta-Plasticity</title>
<p>Peng and Beggs [<xref ref-type="bibr" rid="B67">67</xref>] studied a square lattice (<inline-formula id="inf110">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>) of IF neurons with open boundary conditions. A random neuron receives a small increment of voltage (slow drive). If the voltage of presynaptic neuron <italic>j</italic> is above a threshold <inline-formula id="inf111">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, we have<disp-formula id="e23">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label> (23)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e24">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mtext>&#x398;</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label> (24)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e25">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label> (25)</label>
</disp-formula>
<list list-type="simple">
<list-item>
<p>where &#x398; is the Heaviside function. The self-organization is made by a LHG dynamics plus a meta-plasticity term:</p>
</list-item>
</list>
<disp-formula id="e26">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label> (26)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e27">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label> (27)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf112">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the total fraction of neurons at the boundary that fired during the <italic>a</italic>-th avalanche and <inline-formula id="inf113">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the updated value of <italic>u</italic> after the avalanche. Notice that the meta-plasticity term differs from the MT model of <xref ref-type="disp-formula" rid="e3">Eq. 3</xref>, because the hyperparameter <italic>u</italic> is updated in a much slower time scale. Peng and Beggs show that this dynamics converges automatically to good values for the parameter <italic>u</italic>; that is, we no longer need set the <italic>u</italic> value in advance. We observe, however, that <inline-formula id="inf114">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is a nonlocal variable.</p>
</sec>
<sec id="s2-3">
<label>2.3</label>
<title> Hebbian Synapses</title>
<p>Ever since Donald Hebb&#x2019;s proposal that neurons that fire together wire together [<xref ref-type="bibr" rid="B68">68</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="B70">70</xref>], several attempts have been made to implement this idea in models of self-organization. However, a pure Hebbian mechanism can lead to diverging synapses, so that some kind of normalization or decay needs also be included in Hebbian plasticity.</p>
<p>In 2006, de Arcangelis, Perrone-Capano, and Herrmann introduced a neuronal network with Hebbian synaptic dynamics [<xref ref-type="bibr" rid="B71">71</xref>] that we call the APH model. There are several small variations in the models proposed by de Arcangelis et al., but perhaps the simplest one [<xref ref-type="bibr" rid="B72">72</xref>] is given by the following neuronal dynamics on a square lattice of <inline-formula id="inf115">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> neurons: If at time <italic>t</italic> a presynaptic neuron <italic>j</italic> has a membrane potential above a firing threshold, <inline-formula id="inf116">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, it fires, sending neurotransmitters to all its (nonrefractory) neighbors:<disp-formula id="e28">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(28)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf117">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mtext>&#x200b;</mml:mtext>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Then, neuron <italic>j</italic> enters in a refractory period of one time step. The synaptic self-organizing dynamics is given by<disp-formula id="e29">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtext>active</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>synapses</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label> (29)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e30">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2190;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:munder>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>inactive</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>synapses</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>after</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>avalanche</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label> (30)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf118">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the total number bonds and active (inactive) synapses are the ones used (not used) in <xref ref-type="disp-formula" rid="e28">Eq. 28</xref>. The sum in <xref ref-type="disp-formula" rid="e30">Eq. 30</xref> is over all synaptic modifications <inline-formula id="inf119">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, a step which involves nonlocal information and amounts to a kind of synaptic rescaling. If the synaptic strength falls below some threshold, the synapse is deleted (pruning), so that this mechanism sculpts the network architecture. So, co-activation of pre- and postsynaptic neurons makes the synapse grow, and inactive synapses are depressed, which means that it is a Hebbian process. Several authors explored the APH model in different contexts, including learning phenomena [<xref ref-type="bibr" rid="B72">72</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="B80">80</xref>].</p>
<p>&#xc7;ift&#xe7;i [<xref ref-type="bibr" rid="B81">81</xref>] studied a neuronal SIRs model on the <italic>C. elegans</italic> neuronal network topology. The spontaneous activation rate (the drive) is <inline-formula id="inf120">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and the recovery rate to the susceptible state is <italic>q</italic>. The author studied the system as a function of <inline-formula id="inf121">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (separation of time scales <inline-formula id="inf122">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mo>&#x226b;</mml:mo>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>). The probability that a neuron <italic>j</italic> activates its neighbor <italic>i</italic> is <inline-formula id="inf123">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (<inline-formula id="inf124">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the probability of synaptic failure in the author notation). The synaptic update occurs after an avalanche (of size <italic>S</italic>) and affects two neighbors that are active at the same time (Hebbian term):</p>
<disp-formula id="e31">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mtext>if</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>the</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>synapse</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>was</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>not</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>used</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mtext>if</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>the</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>synapse</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>was</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>used</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label> (31)</label>
</disp-formula>
<p>Cift&#xe7;i found robust self-organization to quasicriticality. The author notes, however, that <italic>S</italic> is nonlocal information.</p>
<p>Uhlig et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B82">82</xref>] considered the effect of LHG synapses in the presence of an associative Hebb synaptic matrix. They found that, although the two processes are not irreconcilable, the critical state has detrimental effects to the attractor recovery. They interpret this as a suggestion that the standard paradigm of memories as fixed point attractors should be replaced by more general approaches like transient dynamics [<xref ref-type="bibr" rid="B83">83</xref>].</p>
</sec>
<sec id="s2-4">
<label>2.4</label>
<title> Spike Time&#x2013;Dependent Plasticity</title>
<p>Rubinov et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B84">84</xref>] studied a hierarchical modular network of LIF neurons with STDP plasticity. The synapses are modeled by double exponentials:<disp-formula id="e32">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>syn</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label> (32)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e33">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>syn</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:munder>
<mml:msub>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:munder>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtext>exp</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mtext>exp</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label> (33)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf125">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are the presynaptic firing times. Synaptic weight changes at every spike of a presynaptic neuron, following the STDP rule:<disp-formula id="e34">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mtext>&#x394;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>exp</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mtext>if</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>exp</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mtext>if</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2265;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label> (34)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf126">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf127">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are weight-dependent functions (see Ref. <xref ref-type="bibr" rid="B84">84</xref> for details). The authors show an association among modularity, low cost of wiring, STDP, and self-organized criticality in a neurobiologically realistic model of neuronal activity.</p>
<p>Del Papa et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B85">85</xref>] explored the interaction between criticality and learning in the context of self-organized recurrent networks (SORN). The ratio between inhibitory to excitatory neurons is <inline-formula id="inf128">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. These neurons interact via <inline-formula id="inf129">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and <inline-formula id="inf130">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> synapses (no inhibitory self-coupling). Synapses are dynamic, and also the excitatory thresholds <inline-formula id="inf131">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. The neurons evolve as<disp-formula id="e35">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mtext>&#x398;</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:munder>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:munder>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:munder>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:munder>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(35)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e36">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mtext>&#x398;</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:munder>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:munder>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label> (36)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf132">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> represents membrane noise. Synapses and thresholds evolve following five combined dynamics:<disp-formula id="e37">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>STDP</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>excitatory</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>STDP</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label> (37)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e38">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>iSTDP</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msubsup>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>IP</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>inhibitory</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>STDP</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label> (38)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e39">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2190;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>synaptic</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>normalization</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtext>SN</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label> (39)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e40">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>structural</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>plasticity</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtext>SP</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label> (40)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e41">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>IP</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>IP</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>intrinsic</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>plasticity</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtext>IP</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label> (41)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf133">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>IP</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the desired activity level. In the structural plasticity process, excitatory synapses are added with probability <inline-formula id="inf134">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. The authors found that this SORN model presents well-behaved power-law avalanche statistics and that the plastic mechanisms are necessary to drive the network to criticality, but not to maintain it critical; that is, the plasticity can be turned off after the networks reach the critical region. Also, they found that noise was essential to produce the avalanches, but degrade the learning performance. From this, they conclude that the relation between criticality and learning is more complex, and it is not obvious if criticality optimizes learning.<list list-type="simple">
<list-item>
<p>Levina et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B86">86</xref>] studied the combined effect of LHG synapses, homeostatic branching parameter <inline-formula id="inf135">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and STDP:</p>
</list-item>
</list>
</p>
<disp-formula id="e42">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>STDP</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label> (42)</label>
</disp-formula>
<p>They found that there is cooperativity of these mechanisms in extending the robustness of the critical state to variations on the hyperparameter <italic>A</italic> (see <xref ref-type="disp-formula" rid="e2">Eq. 2)</xref>.</p>
<p>Stepp et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B87">87</xref>] examined a LIF neuronal network which has both Markram&#x2013;Tsodyks dynamics and spiking time&#x2013;dependent plasticity STDP (both excitatory and inhibitory). They found that, although MT dynamics produces some self-organization, the STDP mechanism increases the robustness of the network criticality.<list list-type="simple">
<list-item>
<p>Delattre et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B88">88</xref>] included in the STDP synaptic change <inline-formula id="inf136">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mtext>&#x394;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> a resource depletion term:</p>
</list-item>
</list>
<disp-formula id="e43">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mtext>&#x394;</mml:mtext>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mtext>&#x27;</mml:mtext>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x394;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:msub>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math> <label>(43)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e44">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mtext>exp</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mtext>&#x2a;</mml:mtext>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mtext>exp</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mtext>&#x2a;</mml:mtext>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label> (44)</label>
</disp-formula>where resource availability <inline-formula id="inf137">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> evolves as<disp-formula id="e45">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label> (45)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Here, <inline-formula id="inf138">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is a continuous estimator of the network firing rate, <inline-formula id="inf139">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the recovery time of the resources availability, and the term <inline-formula id="inf140">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> in the denominator ensures that depletion is fast and recovery is slow (<inline-formula id="inf141">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>20</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> Hz). They called this mechanism as network spiking&#x2013;dependent plasticity and showed that, in contrast to pure STDP, it leads to power-law avalanches with branching ratio around one.</p>
</sec>
<sec id="s2-5">
<label>2.5</label>
<title> Homeostatic Neurite Growth</title>
<p>Kossio et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B89">89</xref>] studied IF neurons randomly distributed in a plane, with neurites distributed within circles of radii <inline-formula id="inf142">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> that evolved according to<disp-formula id="e46">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:munder>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label> (46)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf143">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are the spike times of neuron <italic>i</italic>, with &#x3c4; and <italic>u</italic> constants. Since the connections are given by <inline-formula id="inf144">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>O</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, where <italic>g</italic> is a constant and <inline-formula id="inf145">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>O</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are the overlapping areas of the synaptic discs, <xref ref-type="disp-formula" rid="e46">Eq. 46</xref> is not much different from the simple synaptic dynamics of <xref ref-type="disp-formula" rid="e10">Eq. 10</xref>, with constant drive and decay due to spikes.</p>
<p>Tetzlaff et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B90">90</xref>] studied experimentally neuronal avalanches during the maturation of cell cultures, finding that criticality is achieved in a third stage of the dendrites/axons growth process. They modeled the system using neurons with membrane potential <inline-formula id="inf146">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and calcium dynamics <inline-formula id="inf147">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>:<disp-formula id="e47">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:munder>
<mml:msubsup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x398;</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label> (47)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e48">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x398;</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math> <label>(48)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf148">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> <inline-formula id="inf149">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> defines excitatory (inhibitory) neurons, and <inline-formula id="inf150">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>0,1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is a random number. Dendritic and axonal spatial distributions are again represented by their radii <inline-formula id="inf151">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf152">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, whose dynamics are governed by calcium dynamics as<disp-formula id="e49">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>target</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label> (49)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e50">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>target</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label> (50)</label>
</disp-formula>
<list list-type="simple">
<list-item>
<p>Finally, the effective connection is defined as</p>
</list-item>
</list>
<disp-formula id="e51">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:mtext>sin</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:mtext>sin</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label> (51)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e52">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mtext>arccos</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mtext>arccos</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label> (52)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf153">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the distance between the neurons. This essentially represents the overlap of the axonal and dendritic zones, which can be understood as an abstract representation for the probability of synapse formation.</p>
</sec>
</sec>
<sec id="s3">
<label>3</label>
<title> Dynamic Neuronal Gains</title>
<p>For all-to-all topologies as used in Refs. <xref ref-type="bibr" rid="B6">6</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B51">51</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B53">53</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B55">55</xref>, the number of synapses is <inline-formula id="inf154">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, which means that simulations become impractical for large <italic>N</italic>. Brochini et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B55">55</xref>] discovered that, in their model with stochastic neurons, adaptation in a single parameter per neuron (the dynamic gain) is sufficient to self-organize the network. This reduces the number of dynamic equations from <inline-formula id="inf155">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> to <inline-formula id="inf156">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, enabling large-scale simulations.<list list-type="simple">
<list-item>
<p>The stochastic neuron has a probabilistic firing function, say, a linear saturating function or a rational function:</p>
</list-item>
</list>
<disp-formula id="e53">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mtext>&#x3a6;</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mtext>&#x393;</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x398;</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x398;</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mtext>&#x393;</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mtext>&#x398;</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtext>&#x393;</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math> <label>(53)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e54">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mtext>&#x3a6;</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mtext>&#x393;</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mtext>&#x393;</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x398;</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label> (54)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf157">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> means a spike, <italic>V</italic> is the membrane potential, <italic>&#x3b8;</italic> is the threshold, and <inline-formula id="inf158">
<mml:math>
<mml:mtext>&#x393;</mml:mtext>
</mml:math>
</inline-formula> is the neuronal gain.</p>
<p>Now, let us assume that each neuron <italic>i</italic> has its neuronal gain <inline-formula id="inf159">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mtext>&#x393;</mml:mtext>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Several adaptive dynamics work, similar to LHG and even simpler:</p>
<disp-formula id="e55">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mtext>&#x393;</mml:mtext>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mtext>&#x393;</mml:mtext>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mtext>&#x393;</mml:mtext>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mtext>&#x393;</mml:mtext>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label> (55)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e56">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mtext>&#x393;</mml:mtext>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mtext>&#x393;</mml:mtext>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mtext>&#x393;</mml:mtext>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mtext>&#x393;</mml:mtext>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label> (56)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e57">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mtext>&#x393;</mml:mtext>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mtext>&#x393;</mml:mtext>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(57)</label>
</disp-formula>
<p>Costa et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B91">91</xref>] and Kinouchi et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B58">58</xref>] studied the stability of the fixed points of mechanisms given by <xref ref-type="disp-formula" rid="e55">Eqs 55</xref> and <xref ref-type="disp-formula" rid="e56">56</xref> and concluded that the fixed point solution <inline-formula id="inf160">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mtext>&#x2a;</mml:mtext>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mtext>&#x393;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2a;</mml:mtext>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is of the form <inline-formula id="inf161">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mtext>&#x2a;</mml:mtext>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf162">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mtext>&#x393;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2a;</mml:mtext>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mtext>&#x393;</mml:mtext>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. The fixed point is a barely stable focus for large &#x3c4;, which means that demographic noise creates the hovering around the critical point (the sawtooth SOqC stochastic oscillations). The peaks of theses oscillations correspond to large excursions in the supercritical region, producing the so-called dragon king avalanches [<xref ref-type="bibr" rid="B77">77</xref>].</p>
<p>Zierenberg et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B92">92</xref>] considered a cellular automaton neuronal model with binary states <inline-formula id="inf163">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and probabilistic synapses <inline-formula id="inf164">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, where <inline-formula id="inf165">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is a homeostatic scaling factor. The homeostasis is given by a negative feedback:<disp-formula id="e58">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>hp</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mtext>&#x2a;</mml:mtext>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label> (58)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf166">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>hp</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the time constant of the homeostatic process and <inline-formula id="inf167">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mtext>&#x2a;</mml:mtext>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is a target level. Notice that this mechanism depends only on the activity of the postsynaptic neuron <italic>i</italic>, not the presynaptic neuron <italic>j</italic> as in the LHG model. So, <inline-formula id="inf168">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> plays the same role of the neuronal gain <inline-formula id="inf169">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mtext>&#x393;</mml:mtext>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> discussed above.</p>
<p>Indeed, for a cellular automata model similar to [<xref ref-type="bibr" rid="B60">60</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B61">61</xref>], a probabilistic synapse with neuronal gains could be written as <inline-formula id="inf170">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mtext>&#x393;</mml:mtext>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. In order to compare with the neuronal gain dynamics, we rewrite <xref ref-type="disp-formula" rid="e58">Eq. 58</xref> as<disp-formula id="e59">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mtext>&#x393;</mml:mtext>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mtext>&#x393;</mml:mtext>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label> (59)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf171">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>hp</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mtext>&#x2a;</mml:mtext>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf172">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>hp</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. So, in Zierenberg et al., we have a neuronal gain dynamics similar to <xref ref-type="disp-formula" rid="e10">Eq. 10</xref>, with hovering around the critical point and the ubiquitous sawtooth oscillations in <inline-formula id="inf173">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2261;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2329;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x232a;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</sec>
<sec id="s4">
<label>4</label>
<title> Adaptive Firing Thresholds</title>
<p>Girardi-Schappo et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B93">93</xref>] examined a network with <inline-formula id="inf174">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.8</mml:mn>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> excitatory and <inline-formula id="inf175">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.2</mml:mn>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> inhibitory stochastic LIF neurons. They found a phase diagram very similar to that of the Brunel model [<xref ref-type="bibr" rid="B94">94</xref>], with synchronous regular (SR), asynchronous regular (AR), synchronous irregular (SI), and asynchronous irregular (AI) states. Close to the balanced state <inline-formula id="inf176">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> they found an absorbing-active second-order phase transition with a critical point <inline-formula id="inf177">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mtext>&#x393;</mml:mtext>
<mml:msup>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. The self-organization of the <inline-formula id="inf178">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf179">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> inhibitory synapses was accomplished by a LHG dynamics.</p>
<p>They noticed, however, that for these stochastic LIF systems, the critical point requires also a zero field <inline-formula id="inf180">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, where <italic>I</italic> is the external input and &#x3bc; is the leakage parameter. While setting <inline-formula id="inf181">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for the critical point of spin systems is natural, obtaining zero field in this case demands self-organization, which is done by an adaptive firing threshold:</p>
<disp-formula id="e60">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(60)</label>
</disp-formula>
<p>Notice the plus signal in the last term, since if the postsynaptic neuron fires (<inline-formula id="inf182">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>) then the threshold must increase to hinder new firings. This mechanism is biologically plausible and also explains classical firing rate adaptation. Remembering that <inline-formula id="inf183">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2329;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x232a;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x221d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> in the critical point, where <inline-formula id="inf184">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the field critical exponent, from <xref ref-type="disp-formula" rid="e60">Eq. 60</xref>, we have <inline-formula id="inf185">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>&#x221d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2248;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for large <inline-formula id="inf186">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>As already seen, Del Pappa et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B85">85</xref>] considered a similar threshold dynamics, <xref ref-type="disp-formula" rid="e41">Eq. 41</xref>. Bienenstock and Lehmann [<xref ref-type="bibr" rid="B95">95</xref>] also studied, at the mean field level, the joint evolution of firing thresholds and dynamic synapses (see <xref ref-type="sec" rid="s6-3">Section 6.3</xref>).</p>
</sec>
<sec id="s5">
<label>5</label>
<title> Topological Self-Organization</title>
<p>Consider a cellular automata model [<xref ref-type="bibr" rid="B29">29</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B32">32</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B60">60</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B61">61</xref>] in a network with average degree <italic>K</italic> and average probabilistic synaptic weights <inline-formula id="inf187">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2329;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x232a;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. The critical branching ratio is <inline-formula id="inf188">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>; that is, critical average weight <inline-formula id="inf189">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Notice that we can study networks with any <italic>K</italic>, even the complete graph, where <inline-formula id="inf190">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. In this network, what is critical is the activity, which does not depend on the topology (the degree <italic>K</italic>).</p>
<p>In another sense, we call a network topology critical if there is a barely infinite percolating cluster, which for a random network occurs for <inline-formula id="inf191">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Several authors, starting in 2,000 with Bornholdt and Rohlf [<xref ref-type="bibr" rid="B96">96</xref>], explored the self-organization toward this type of topological criticality [<xref ref-type="bibr" rid="B22">22</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B97">97</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="B104">104</xref>].</p>
<p>So, we can have a critical network with a <inline-formula id="inf192">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and any <italic>K</italic> or a topologically critical network with a well-defined <inline-formula id="inf193">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. The two concepts (activity criticality and topological criticality) are different, but sometimes a topological criticality also presents a phase transition with power-law avalanches and critical phenomena. The topological phase transition is continuous and has a critical point, related to the formation of a percolating cluster of nodes, but in the Bornholdt and Rohlf (BR) model, it is related to an order-chaos phase transition, not to an absorbing state phase transition.</p>
<p>We present here a more advanced version of the BR model [<xref ref-type="bibr" rid="B97">97</xref>]. It follows the idea of deleting synapses from correlated neurons and increasing synapses of uncorrelated neurons. The correlation over time <italic>T</italic> is calculated as<disp-formula id="e61">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:munderover>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:msub>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math> <label>(61)</label>
</disp-formula>where the stochastic neurons evolve as<disp-formula id="e62">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:munder>
<mml:msub>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math> <label>(62)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e63">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mtext>Prob</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mtext>&#x3a6;</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math> <label>(63)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e64">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mtext>Prob</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mtext>&#x3a6;</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label> (64)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e65">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mtext>&#x3a6;</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mtext>exp</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mtext>&#x393;</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label> (65)</label>
</disp-formula>The self-organization procedure is as follows:<list list-type="simple">
<list-item>
<p>Choose at random a pair <inline-formula id="inf194">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> of neurons.</p>
</list-item>
<list-item>
<p>Calculate the correlation <inline-formula id="inf195">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</list-item>
<list-item>
<p>Define a threshold &#x3b1;. If <inline-formula id="inf196">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <italic>i</italic> receives a new link <inline-formula id="inf197">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> randomly drawn from a uniform distribution on <inline-formula id="inf198">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1,1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> from site <italic>j</italic>, and if <inline-formula id="inf199">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, the link is deleted.</p>
</list-item>
<list-item>
<p>Then, continue updating the network state <inline-formula id="inf200">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and self-organizing the network.</p>
</list-item>
</list>
</p>
<p>Interesting analytic results for this class of topological models were obtained by Droste et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B105">105</xref>]. The self-organized connectivity is about <inline-formula id="inf201">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2248;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, where the order-chaos transition occurs. We must notice, however, that <inline-formula id="inf202">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> seems to be a very low degree for biological neuronal networks. Kuehn [<xref ref-type="bibr" rid="B106">106</xref>] studied how the topological dynamics time scale &#x3c4; and noise level <italic>D</italic> affect the BR model, finding that optimal convergence to the critical point occurs for finite values of <inline-formula id="inf203">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">o</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold">p</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf204">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">o</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold">p</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>Zeng et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B107">107</xref>] combined the rewiring rules of the BR model with the neuronal dynamics of the APH model. They obtained an interesting result: the final topology is a small-world network with a large number of neighbors, say <inline-formula id="inf205">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2329;</mml:mo>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mo>&#x232a;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2248;</mml:mo>
<mml:mn>100</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. This avoids the criticism made above about the low number <inline-formula id="inf206">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mo>&#x2248;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> of the BR model.</p>
</sec>
<sec id="s6">
<label>6</label>
<title> Self-Organization to Other Phase Transitions</title>
<sec id="s6-1">
<label>6.1</label>
<title> First-Order Transition</title>
<p>Mejias et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B108">108</xref>] studied a neuronal population model with firing rate <inline-formula id="inf207">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, which can be written in terms of the firing density <inline-formula id="inf208">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>max</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>:<disp-formula id="e66">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label> (66)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf209">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mtext>tanh</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is a (deterministic) firing function, <inline-formula id="inf210">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is a zero-mean Gaussian noise, and <inline-formula id="inf211">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is a noise amplitude. They used a depressing average synaptic weight inspired by a noisy LHG model:<disp-formula id="e67">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label> (67)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf212">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the synaptic noise amplitude. Within a certain range of noise, they observed up&#x2013;down states with irregular intervals, leading to a distribution of permanence times <italic>T</italic> in the upstate as <inline-formula id="inf213">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x221d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Notice that this model already starts with the mean-field equations; it is not a microscopic model (although a microscopic model perhaps could be constructed from it).</p>
<p>Millman et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B109">109</xref>] obtained similar results at a first-order phase transition, but now in a random network of LIF neurons with average of <italic>K</italic> neighbors and chemical synapses. The synapses follow the LHG mechanism:<disp-formula id="e68">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label> (68)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf214">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> in the authors notation (<inline-formula id="inf215">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for probability of releasing vesicles, <inline-formula id="inf216">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for synaptic resources) and <inline-formula id="inf217">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. They found that the branching ratio is close to one in the upstate, with power-law avalanches with size exponent <inline-formula id="inf218">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and lifetime exponent 2.</p>
<p>Di Santo et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B110">110</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B111">111</xref>] and Buend&#x00ED;a et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B7">7</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B46">46</xref>] studied the self-organization toward a first-order phase transition (called self-organized bistability or SOB). The simplest self-organizing dynamics was used in a two-dimensional model:<disp-formula id="e69">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math> <label>(69)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e70">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label> (70)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf219">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are constants, <italic>A</italic> is the maximum level of charging, <italic>D</italic> is the diffusion constant, and <inline-formula id="inf220">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is a zero-mean Gaussian noise with amplitude &#x3c1;. The authors&#x2019; original notation is <inline-formula id="inf221">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3f5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and <italic>E</italic> is a (former) control parameter. In the limit <inline-formula id="inf222">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, this self-organization is conservative and can produce a tuning to the Maxwell point with power-law avalanches (with mean-field exponents) and dragon-king quasi-periodic events.</p>
<p>Relaxing the conditions of infinite separation of time scales and bulk conservation, the authors studied the model with an LHG dynamics [<xref ref-type="bibr" rid="B7">7</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B46">46</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B111">111</xref>]:<disp-formula id="e71">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label> (71)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e72">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label> (72)</label>
</disp-formula>where <italic>W</italic> is the synaptic weight and <italic>I</italic> a small input. They found that this is the equivalent SOqC version for first-order phase transitions, obtaining hysteretic up&#x2013;down activity, which has been called self-organized collective oscillations (SOCOs) [<xref ref-type="bibr" rid="B7">7</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B46">46</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B111">111</xref>]. They also observed bistability phenomena.</p>
<p>Cowan et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B112">112</xref>] also found hysteresis cycles due to bistability in an IF model from the combination of an excitatory feedback loop with anti-Hebbian synapses in its input pathway. This leads to avalanches both in the upstate and in the downstate, each one with power-law statistics (size exponents close to <inline-formula id="inf223">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>). The hysteresis loop leads to a sawtooth oscillation in the average synaptic weight. This is similar to the SOCO scenario.</p>
</sec>
<sec id="s6-2">
<label>6.2</label>
<title> Hopf Bifurcation</title>
<p>Absorbing-active phase transitions are associated to transcritical bifurcations in the low-dimensional mean-field description of the order parameter. Other bifurcations (say, between fixed points and periodic orbits) can also appear in the low-dimensional reduction of systems exhibiting other phase transitions, such as between steady states and collective oscillations. They are critical in the sense that they present phenomena like critical slowing down (power-law relaxation to the stationary state) and critical exponents. Some authors explored the homeostatic self-organization toward such bifurcation lines.</p>
<p>In what can be considered a precursor in this field, Bienenstock and Lehmann [<xref ref-type="bibr" rid="B95">95</xref>] proposed to apply a Hebbian-like dynamics at the level of rate dynamics to the Wilson&#x2013;Cowan equations, having shown that the model self-organizes near a Hopf bifurcation to/from oscillatory dynamics.<list list-type="simple">
<list-item>
<p>The model has excitatory and inhibitory stochastic neurons. The neuronal equations are</p>
</list-item>
</list>
<disp-formula id="e73">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:munder>
<mml:msubsup>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:munder>
<mml:msubsup>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label> (73)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e74">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:munder>
<mml:msubsup>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:munder>
<mml:msubsup>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label> (74)</label>
</disp-formula>where, as before, the binary variable <inline-formula id="inf224">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>0,1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> denotes the firing of the neuron. The update process is an asynchronous (Glauber) dynamics:<disp-formula id="e75">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mtext>tanh</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtext>&#x393;</mml:mtext>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label> (75)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf225">
<mml:math>
<mml:mtext>&#x393;</mml:mtext>
</mml:math>
</inline-formula> is the neuronal gain.</p>
<p>The authors proposed a covariance-based regulation for the synapses <inline-formula id="inf226">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf227">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and a homeostatic process for the firing thresholds <inline-formula id="inf228">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. The homeostatic mechanisms are<disp-formula id="e76">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mtext>&#x398;</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mtext>&#x398;</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label> (76)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e77">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mtext>&#x398;</mml:mtext>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mtext>&#x398;</mml:mtext>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math> <label>(77)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf229">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2261;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2329;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x232a;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the variance of the excitatory activity <inline-formula id="inf230">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf231">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2261;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2329;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x232a;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2329;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x232a;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the excitatory&#x2013;inhibitory covariance, <inline-formula id="inf232">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are time constants, and <inline-formula id="inf233">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mtext>&#x398;</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mtext>&#x398;</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mtext>&#x398;</mml:mtext>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mtext>&#x398;</mml:mtext>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are target constants.</p>
<p>The authors show that there are Hopf and saddle-node lines in this system and that the regulated system self-organizes at the crossing of these lines. So, the system is very close to the oscillatory bifurcation, showing great sensibility to external inputs.</p>
<p>As commented, this article is a pioneer in the sense of searching for homeostatic self-organization at a phase transition in a neuronal network in 1998, well before the work of Beggs and Plenz [<xref ref-type="bibr" rid="B17">17</xref>]. However, we must recognize some deficiencies that later models tried to avoid. First, all the synapses and thresholds have the same value, instead of an individual dynamics for each one, as we saw in the preceding sections. Most importantly, the network activities <inline-formula id="inf234">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf235">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are nonlocal quantities, not locally accessible to <xref ref-type="disp-formula" rid="e76">Eqs 76</xref> and <xref ref-type="disp-formula" rid="e77">77</xref>.<list list-type="simple">
<list-item>
<p>Magnasco et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B113">113</xref>] examined a very stylized model of neural activity with time-dependent anti-Hebbian synapses:</p>
</list-item>
</list>
<disp-formula id="e78">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:munder>
<mml:msub>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label> (78)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e79">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label> (79)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf236">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the Kronecker delta. They found that the system self-organizes around a Hopf bifurcation, showing power-law avalanches and hovering phenomena similar to SOqC.</p>
</sec>
<sec id="s6-3">
<label>6.3</label>
<title> Edge of Synchronization</title>
<p>Khoshkhou and Montakhab [<xref ref-type="bibr" rid="B114">114</xref>] studied a random network with <inline-formula id="inf237">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2329;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x232a;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> neighbors. The cells are Izhikevich neurons described by<disp-formula id="e80">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.04</mml:mn>
<mml:msubsup>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>5</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>140</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>syn</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math> <label>(80)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e81">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label> (81)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e82">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mtext>if</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2265;</mml:mo>
<mml:mn>30</mml:mn>
<mml:mtext> then</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2190;</mml:mo>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2190;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label> (82)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>The parameters <inline-formula id="inf238">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and <italic>d</italic> are chosen to have regular spiking excitatory neurons and fast spiking inhibitory neurons. The synaptic input is composed of chemical double-exponential pulses with time constants <inline-formula id="inf239">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf240">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>:<disp-formula id="e83">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>syn</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:munder>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:munder>
<mml:msub>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mtext>exp</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mtext>exp</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label> (83)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf241">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are axonal delays from <italic>j</italic> to <italic>i</italic>, <inline-formula id="inf242">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the reversal potential of the synapses, and <inline-formula id="inf243">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the in-degree of node <italic>i</italic>.</p>
<p>The inhibitory synapses are fixed, but the excitatory ones evolve with a STDP dynamics. If the firing difference is <inline-formula id="inf244">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mtext>&#x394;</mml:mtext>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">p</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold">o</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold">s</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">p</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold">e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, when the postsynaptic neuron <italic>i</italic> fires, the synapses change by</p>
<disp-formula id="e84">
<mml:math>
<mml:mrow>
<mml:mtext>&#x394;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>max</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>exp</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mtext>&#x394;</mml:mtext>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">i</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold">f</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mtext>&#x394;</mml:mtext>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>max</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>exp</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">i</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold">f</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label> (84)</label>
</disp-formula>
<p>This system presents a transition from out-of-phase to synchronized spiking. The authors show that a STDP dynamics self-organizes in a robust way the system to the border of this transition, where critical features like avalanches (coexisting with oscillations) appear.</p>
</sec>
</sec>
<sec id="s7">
<label>7</label>
<title> Concluding Remarks</title>
<p>In this review, we described several examples of self-organization mechanisms that drive neuronal networks to the border of a phase transition (mostly a second-order absorbing phase transition, but also to first-order, synchronization, Hopf, and order-chaos transitions). Surprisingly, for all cases, it is possible to detect neuronal avalanches with mean-field exponents similar to those obtained in the experiments of Beggs and Plenz [<xref ref-type="bibr" rid="B17">17</xref>].</p>
<p>By using a standardized notation, we recognized several common features between the proposed homeostatic mechanisms. Most of them are variants of the fundamental drive-dissipation dynamics of SOC and SOqC and can be grouped into a few classes.</p>
<p>Following Hernandez-Urbina and Herrmann [<xref ref-type="bibr" rid="B47">47</xref>], we stress that the coarse tuning on hyperparameters of homeostatic SOqC is not equivalent to the fine-tuning of the original control parameter. This homeostasis is a <italic>bona-fide</italic> self-organization, in the same sense that the regulation of body temperature is self-organized (although presumably there are hyperparameters in that regulation). The advantage of these explicit homeostatic mechanisms is that they are biologically inspired and could be studied in future experiments to determine which are more relevant to cortical activity.</p>
<p>Due to nonconservative dynamics and the lack of an infinite separation of time scales, all these mechanisms lead to SOqC [<xref ref-type="bibr" rid="B5">5</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="B7">7</xref>], not SOC. In particular, conservative sandpile models should not be used to model neuronal avalanches because neurons are not conservative. The presence of SOqC is revealed by stochastic sawtooth oscillations in the former control parameter, leading to large excursions in the supercritical and subcritical phases. However, hovering around the critical point seems to be sufficient to account for the current experimental data. Also, perhaps the omnipresent stochastic oscillations could be detected experimentally (some authors conjecture that they are the basis for brain rhythms [<xref ref-type="bibr" rid="B91">91</xref>]).</p>
<p>One suggestion for further research is to eliminate nonlocal variables in the homeostatic mechanisms. Another is to study how the branching ratio &#x3c3;, or better, the synaptic matrix largest eigenvalue <inline-formula id="inf245">
<mml:math>
<mml:mo>&#x39b;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>, depends on the self-organization hyperparameters (as done in Ref. [<xref ref-type="bibr" rid="B61">61</xref>]). As several results in this review have shown, the dependence of criticality on the hyperparameters is always weaker than the dependence on the original control parameter. Finally, one could devise local metaplasticity rules for the hyperparameters, similarly to Peng and Beggs [<xref ref-type="bibr" rid="B67">67</xref>] (which, however, is unfortunately nonlocal). An intuitive possibility is that, at each level of metaplasticity, the need for coarse tuning of hyperparameters decreases and criticality will turn out more robust.</p>
</sec>
<sec id="s8">
<title>Author Contributions</title>
<p>OK and MC contributed to conception and design of the study; RP organized the database of revised articles and made <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure 1</xref>; OK and MC wrote the manuscript. All authors contributed to manuscript revision, and read and approved the submitted version.</p>
</sec>
<sec id="s9">
<title>Funding</title>
<p>This article was produced as part of the activities of FAPESP Research, Innovation, and Dissemination Center for Neuromathematics (Grant No. 2013/07699-0, S&#xe3;o Paulo Research Foundation). We acknowledge the financial support from CNPq (Grant Nos. 425329/2018-6, 301744/2018-1 and 2018/20277-0), FACEPE (Grant No. APQ-0642-1.05/18), and Center for Natural and Artificial Information Processing Systems (CNAIPS)-USP. Support from CAPES (Grant Nos. 88882.378804/2019-01 and 88882.347522/2010-01) and FAPESP (Grant Nos. 2018/20277-0 and 2019/12746-3) is also gratefully acknowledged.</p>
</sec>
<sec sec-type="COI-statement" id="s10">
<title>Conflict of Interest</title>
<p>The authors declare that the research was conducted in the absence of any commercial or financial relationships that could be construed as a potential conflict of interest.</p>
</sec>
</body>
<back>
<ack>
<p>The authors thank Miguel Mu&#xf1;oz for discussions and advice.</p>
</ack>
<ref-list>
<title>References</title>
<ref id="B1">
<label>1.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Bak</surname>
<given-names>P</given-names>
</name>
<name>
<surname>Tang</surname>
<given-names>C</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wiesenfeld</surname>
<given-names>K</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Self-organized criticality: an explanation of the 1/fnoise</article-title>. <source>Phys Rev Lett</source> (<year>1987</year>). <volume>59</volume>:<fpage>381</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/physrevlett.59.381</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B2">
<label>2.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Wilkinson</surname>
<given-names>D</given-names>
</name>
<name>
<surname>Willemsen</surname>
<given-names>JF</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Invasion percolation: a new form of percolation theory</article-title>. <source>J Phys A Math Gen</source> (<year>1983</year>). <volume>16</volume>:<fpage>3365</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/0305-4470/16/14/028</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B3">
<label>3.</label>
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Jensen</surname>
<given-names>HJ</given-names>
</name>
</person-group>. <source>Self-organized criticality: emergent complex behavior in physical and biological systems</source>. <volume>Vol. 10</volume>. <publisher-loc>Cambridge</publisher-loc>: <publisher-name>Cambridge University Press</publisher-name> (<year>1998</year>). </citation>
</ref>
<ref id="B4">
<label>4.</label>
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Pruessner</surname>
<given-names>G</given-names>
</name>
</person-group>. <source>Self-organised criticality: theory, models and characterization</source>. <publisher-loc>Cambridge</publisher-loc>: <publisher-name>Cambridge University Press</publisher-name> (<year>2012</year>). </citation>
</ref>
<ref id="B5">
<label>5.</label>
<citation citation-type="other">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Bonachela</surname>
<given-names>JA</given-names>
</name>
<name>
<surname>Mu&#xf1;oz</surname>
<given-names>MA</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Self-organization without conservation: true or just apparent scale-invariance?</article-title> <source>J Stat Mech</source> (<fpage>2009</fpage>) <volume>2009</volume>:<fpage>P09009</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/1742-5468/2009/09/P09009</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B6">
<label>6.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Bonachela</surname>
<given-names>JA</given-names>
</name>
<name>
<surname>De Franciscis</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
<name>
<surname>Torres</surname>
<given-names>JJ</given-names>
</name>
<name>
<surname>Mu&#xf1;oz</surname>
<given-names>MA</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Self-organization without conservation: are neuronal avalanches generically critical?</article-title> <source>J Stat Mech</source> <volume>2010</volume> (<year>2010</year>). <fpage>P02015</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/1742-5468/2010/02/P02015</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B7">
<label>7.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Buend&#xed;a</surname>
<given-names>V</given-names>
</name>
<name>
<surname>di Santo</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
<name>
<surname>Bonachela</surname>
<given-names>JA</given-names>
</name>
<name>
<surname>Mu&#xf1;oz</surname>
<given-names>MA</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Feedback mechanisms for self-organization to the edge of a phase transition</article-title>. <source>Front Phys</source> <volume>8</volume> (<year>2020</year>). <fpage>333</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3389/fphy.2020.00333</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B8">
<label>8.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Palmieri</surname>
<given-names>L</given-names>
</name>
<name>
<surname>Jensen</surname>
<given-names>HJ</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>The emergence of weak criticality in soc systems</article-title>. <source>Epl</source> <volume>123</volume> (<year>2018</year>). <fpage>20002</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1209/0295-5075/123/20002</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B9">
<label>9.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Palmieri</surname>
<given-names>L</given-names>
</name>
<name>
<surname>Jensen</surname>
<given-names>HJ</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>The forest fire model: the subtleties of criticality and scale invariance</article-title>. <source>Front Phys</source> <volume>8</volume> (<year>2020</year>). <fpage>257</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3389/fphy.2020.00257</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B10">
<label>10.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Turing</surname>
<given-names>AM</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>I.-computing machinery and intelligence</article-title>. <source>Mind</source> <volume>LIX</volume> (<year>1950</year>). <fpage>433</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1093/mind/lix.236.433</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B11">
<label>11.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Usher</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
<name>
<surname>Stemmler</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
<name>
<surname>Olami</surname>
<given-names>Z</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Dynamic pattern formation leads to1fnoise in neural populations</article-title>. <source>Phys Rev Lett</source> (<year>1995</year>). <volume>74</volume>:<fpage>326</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevLett.74.326</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B12">
<label>12.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Corral</surname>
<given-names>&#xc1;</given-names>
</name>
<name>
<surname>P&#xe9;rez</surname>
<given-names>CJ</given-names>
</name>
<name>
<surname>D&#xed;az-Guilera</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
<name>
<surname>Arenas</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Synchronization in a lattice model of pulse-coupled oscillators</article-title>. <source>Phys Rev Lett</source> (<year>1995</year>). <volume>75</volume>:<fpage>3697</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevLett.75.3697</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B13">
<label>13.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Bottani</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Pulse-coupled relaxation oscillators: from biological synchronization to self-organized criticality</article-title>. <source>Phys Rev Lett</source> (<year>1995</year>). <volume>74</volume>:<fpage>4189</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevLett.74.4189</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B14">
<label>14.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Chen</surname>
<given-names>D-M</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wu</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
<name>
<surname>Guo</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yang</surname>
<given-names>ZR</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Self-organized criticality in a cellular automaton model of pulse-coupled integrate-and-fire neurons</article-title>. <source>J Phys Math GenJ Phys A Math Gen</source> (<year>1995</year>). <volume>28</volume>:<fpage>5177</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/0305-4470/28/18/009</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B15">
<label>15.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Herz</surname>
<given-names>AVM</given-names>
</name>
<name>
<surname>Hopfield</surname>
<given-names>JJ</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Earthquake cycles and neural reverberations: collective oscillations in systems with pulse-coupled threshold elements</article-title>. <source>Phys Rev Lett</source> (<year>1995</year>). <volume>75</volume>:<fpage>1222</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevLett.75.1222</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B16">
<label>16.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Middleton</surname>
</name>
<name>
<surname>Tang</surname>
<given-names>C</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Self-organized criticality in nonconserved systems</article-title>. <source>Phys Rev Lett</source> <volume>74</volume> (<year>1995</year>). <fpage>742</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevLett.74.742</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B17">
<label>17.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Beggs</surname>
<given-names>JM</given-names>
</name>
<name>
<surname>Plenz</surname>
<given-names>D</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Neuronal avalanches in neocortical circuits</article-title>. <source>J Neurosci</source> <volume>23</volume> (<year>2003</year>). <fpage>11167</fpage>&#x2013;<lpage>77</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1523/JNEUROSCI.23-35-11167.2003</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B18">
<label>18.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Stassinopoulos</surname>
<given-names>D</given-names>
</name>
<name>
<surname>Bak</surname>
<given-names>P</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Democratic reinforcement: a principle for brain function</article-title>. <source>Phys Rev E</source> (<year>1995</year>). <volume>51</volume>:<fpage>5033</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/physreve.51.5033</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B19">
<label>19.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Chialvo</surname>
<given-names>DR</given-names>
</name>
<name>
<surname>Bak</surname>
<given-names>P</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Learning from mistakes</article-title>. <source>Neuroscience</source> (<year>1999</year>). <volume>90</volume>:<fpage>1137</fpage>&#x2013;<lpage>48</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/S0306-4522(98)00472-2</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B20">
<label>20.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Bak</surname>
<given-names>P</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chialvo</surname>
<given-names>DR</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Adaptive learning by extremal dynamics and negative feedback</article-title>. <source>Phys Rev E</source> (<year>2001</year>). <volume>63</volume>:<fpage>031912</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevE.63.031912</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B21">
<label>21.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Chialvo</surname>
<given-names>DR</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Emergent complex neural dynamics</article-title>. <source>Nat Phys</source> (<year>2010</year>). <volume>6</volume>:<fpage>744</fpage>&#x2013;<lpage>50</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/nphys1803</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B22">
<label>22.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Hesse</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<name>
<surname>Gross</surname>
<given-names>T</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Self-organized criticality as a fundamental property of neural systems</article-title>. <source>Front Syst Neurosci</source> (<year>2014</year>). <volume>8</volume>:<fpage>166</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3389/fnsys.2014.00166</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B23">
<label>23.</label>
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="editor">
<name>
<surname>Plenz</surname>
<given-names>D</given-names>
</name>
<name>
<surname>Niebur</surname>
<given-names>E</given-names>
</name>
</person-group>, editors. <source>Criticality in neural systems</source>. <publisher-loc>Hoboken</publisher-loc>: <publisher-name>John Wiley &#x26; Sons</publisher-name> (<year>2014</year>). </citation>
</ref>
<ref id="B24">
<label>24.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Cocchi</surname>
<given-names>L</given-names>
</name>
<name>
<surname>Gollo</surname>
<given-names>LL</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zalesky</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
<name>
<surname>Breakspear</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Criticality in the brain: a synthesis of neurobiology, models and cognition</article-title>. <source>Prog Neurobiol Prog Neurobiol</source> (<year>2017</year>). <volume>158</volume>:<fpage>132</fpage>&#x2013;<lpage>52</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.pneurobio.2017.07.002</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B25">
<label>25.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Mu&#xf1;oz</surname>
<given-names>MA</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Colloquium: criticality and dynamical scaling in living systems</article-title>. <source>Rev Mod Phys</source> (<year>2018</year>). <volume>90</volume>:<fpage>031001</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/RevModPhys.90.031001</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B26">
<label>26.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Wilting</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<name>
<surname>Priesemann</surname>
<given-names>V</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>25 years of criticality in neuroscience&#x2014;established results, open controversies, novel concepts</article-title>. <source>Curr Opin Neurobiol</source> (<year>2019</year>). <volume>58</volume>:<fpage>105</fpage>&#x2013;<lpage>11</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.conb.2019.08.002</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B27">
<label>27.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Zeraati</surname>
<given-names>R</given-names>
</name>
<name>
<surname>Priesemann</surname>
<given-names>V</given-names>
</name>
<name>
<surname>Levina</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Self-organization toward criticality by synaptic plasticity</article-title>. <source>arXiv</source> <comment>(2020) 2010.07888</comment>.</citation>
</ref>
<ref id="B28">
<label>28.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Haldeman</surname>
<given-names>C</given-names>
</name>
<name>
<surname>Beggs</surname>
<given-names>JM</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Critical branching captures activity in living neural networks and maximizes the number of metastable states</article-title>. <source>Phys Rev Lett</source> (<year>2005</year>). <volume>94</volume>:<fpage>058101</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevLett.94.058101</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B29">
<label>29.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Kinouchi</surname>
<given-names>O</given-names>
</name>
<name>
<surname>Copelli</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Optimal dynamical range of excitable networks at criticality</article-title>. <source>Nat Phys</source> (<year>2006</year>). <volume>2</volume>:<fpage>348</fpage>&#x2013;<lpage>351</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/nphys289</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B30">
<label>30.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Copelli</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
<name>
<surname>Campos</surname>
<given-names>PRA</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Excitable scale free networks</article-title>. <source>Eur Phys J B</source> (<year>2007</year>). <volume>56</volume>:<fpage>273</fpage>&#x2013;<lpage>78</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1140/epjb/e2007-00114-7</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B31">
<label>31.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Wu</surname>
<given-names>A-C</given-names>
</name>
<name>
<surname>Xu</surname>
<given-names>X-J</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>Y-H</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Excitable Greenberg-Hastings cellular automaton model on scale-free networks</article-title>. <source>Phys Rev E</source> (<year>2007</year>). <volume>75</volume>:<fpage>032901</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevE.75.032901</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B32">
<label>32.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Assis</surname>
<given-names>VRV</given-names>
</name>
<name>
<surname>Copelli</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Dynamic range of hypercubic stochastic excitable media</article-title>. <source>Phys Rev E</source> (<year>2008</year>). <volume>77</volume>:<fpage>011923</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevE.77.011923</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B33">
<label>33.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Beggs</surname>
<given-names>JM</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>The criticality hypothesis: how local cortical networks might optimize information processing</article-title>. <source>Phil Trans R Soc A</source> <volume>366</volume> (<year>2008</year>). <fpage>29</fpage>&#x2013;<lpage>343</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1098/rsta.2007.2092</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B34">
<label>34.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Ribeiro</surname>
<given-names>TL</given-names>
</name>
<name>
<surname>Copelli</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Deterministic excitable media under Poisson drive: Power law responses, spiral waves, and dynamic range</article-title>. <source>Phys Rev E</source> (<year>2008</year>). <volume>77</volume>:<fpage>051911</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevE.77.051911</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B35">
<label>35.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Shew</surname>
<given-names>WL</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yang</surname>
<given-names>H</given-names>
</name>
<name>
<surname>Petermann</surname>
<given-names>T</given-names>
</name>
<name>
<surname>Roy</surname>
<given-names>R</given-names>
</name>
<name>
<surname>Plenz</surname>
<given-names>D</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Neuronal avalanches imply maximum dynamic range in cortical networks at criticality</article-title>. <source>J Neurosci</source> (<year>2009</year>). <volume>29</volume>:<fpage>15595</fpage>&#x2013;<lpage>600</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1523/JNEUROSCI.3864-09.2009</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B36">
<label>36.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Larremore</surname>
<given-names>DB</given-names>
</name>
<name>
<surname>Shew</surname>
<given-names>WL</given-names>
</name>
<name>
<surname>Restrepo</surname>
<given-names>JG</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Predicting criticality and dynamic range in complex networks: effects of topology</article-title>. <source>Phys Rev Lett</source> (<year>2018</year>). <volume>106</volume>:<fpage>058101</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevLett.106.058101</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B37">
<label>37.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Shew</surname>
<given-names>WL</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yang</surname>
<given-names>H</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yu</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
<name>
<surname>Roy</surname>
<given-names>R</given-names>
</name>
<name>
<surname>Plenz</surname>
<given-names>D</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Information capacity and transmission are maximized in balanced cortical networks with neuronal avalanches</article-title>. <source>J Neurosci</source> (<year>2011</year>). <volume>31</volume>:<fpage>55</fpage>&#x2013;<lpage>63</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1523/JNEUROSCI.4637-10.2011</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B38">
<label>38.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Shew</surname>
<given-names>WL</given-names>
</name>
<name>
<surname>Plenz</surname>
<given-names>D</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>The functional benefits of criticality in the cortex</article-title>. <source>Neuroscientist</source> (<year>2013</year>). <volume>19</volume>:<fpage>88</fpage>&#x2013;<lpage>100</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1177/1073858412445487</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B39">
<label>39.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Mosqueiro</surname>
<given-names>TS</given-names>
</name>
<name>
<surname>Maia</surname>
<given-names>LP</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Optimal channel efficiency in a sensory network</article-title>. <source>Phys Rev E</source> (<year>2013</year>). <volume>88</volume>:<fpage>012712</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevE.88.012712</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B40">
<label>40.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>C-Y</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wu</surname>
<given-names>ZX</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chen</surname>
<given-names>MZQ</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Approximate-master-equation approach for the Kinouchi-Copelli neural model on networks</article-title>. <source>Phys Rev E</source> (<year>2017</year>). <volume>95</volume>:<fpage>012310</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevE.95.012310</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B41">
<label>41.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Zierenberg</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wilting</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<name>
<surname>Priesemann</surname>
<given-names>V</given-names>
</name>
<name>
<surname>Levina</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Tailored ensembles of neural networks optimize sensitivity to stimulus statistics</article-title>. <source>Phys Rev Res</source> (<year>2020</year>). <volume>2</volume>:<fpage>013115</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/physrevresearch.2.013115</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B42">
<label>42.</label>
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Galera</surname>
<given-names>EF</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kinouchi</surname>
<given-names>O</given-names>
</name>
</person-group>. <source>Physics of psychophysics: two coupled square lattices of spiking neurons have huge dynamic range at criticality</source>. <comment>arXiv</comment> (<year>2020</year>). <fpage>11254</fpage>.</citation>
</ref>
<ref id="B43">
<label>43.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Dickman</surname>
<given-names>R.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Vespignani</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zapperi</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Self-organized criticality as an absorbing-state phase transition</article-title>. <source>Phys Rev E</source> (<year>1998</year>). <volume>57</volume>:<fpage>5095</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevE.57.5095</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B44">
<label>44.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Mu&#xf1;oz</surname>
<given-names>MA</given-names>
</name>
<name>
<surname>Dickman</surname>
<given-names>R</given-names>
</name>
<name>
<surname>Vespignani</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zapperi</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Avalanche and spreading exponents in systems with absorbing states</article-title>. <source>Phys Rev E</source> (<year>1999</year>). <volume>59</volume>:<fpage>6175</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevE.59.6175</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B45">
<label>45.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Dickman</surname>
<given-names>R</given-names>
</name>
<name>
<surname>Mu&#xf1;oz</surname>
<given-names>MA</given-names>
</name>
<name>
<surname>Vespignani</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zapperi</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Paths to self-organized criticality</article-title>. <source>Braz J Phys</source> (<year>2000</year>). <volume>30</volume>:<fpage>27</fpage>&#x2013;<lpage>41</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1590/S0103-97332000000100004</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B46">
<label>46.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Buend&#xed;a</surname>
<given-names>V.</given-names>
</name>
<name>
<surname>di Santo</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Villegas</surname>
<given-names>P.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Burioni</surname>
<given-names>R</given-names>
</name>
<name>
<surname>Mu&#xf1;oz</surname>
<given-names>MA</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Self-organized bistability and its possible relevance for brain dynamics</article-title>. <source>Phys Rev Res</source> (<year>2020</year>). <volume>2</volume>:<fpage>013318</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevResearch.2.013318</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B47">
<label>47.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Hernandez-Urbina</surname>
<given-names>V</given-names>
</name>
<name>
<surname>Herrmann</surname>
<given-names>JM</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Self-organized criticality via retro-synaptic signals</article-title>. <source>Front Phys</source> (<year>2017</year>). <volume>4</volume>:<fpage>54</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3389/fphy.2016.00054</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B48">
<label>48.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>L&#xfc;beck</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Universal scaling behavior of non-equilibrium phase transitions</article-title>. <source>Int J Mod Phys B</source> (<year>2004</year>). <volume>18</volume>:<fpage>3977</fpage>&#x2013;<lpage>4118</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1142/s0217979204027748</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B49">
<label>49.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Markram</surname>
<given-names>H</given-names>
</name>
<name>
<surname>Tsodyks</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Redistribution of synaptic efficacy between neocortical pyramidal neurons</article-title>. <source>Nature</source> (<year>1996</year>). <volume>382</volume>:<fpage>807</fpage>&#x2013;<lpage>10</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/382807a0</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B50">
<label>50.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Tsodyks</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
<name>
<surname>Pawelzik</surname>
<given-names>K</given-names>
</name>
<name>
<surname>Markram</surname>
<given-names>H</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Neural networks with dynamic synapses</article-title>. <source>Neural Comput</source> (<year>1998</year>). <volume>10</volume>:<fpage>821</fpage>&#x2013;<lpage>35</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1162/089976698300017502</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B51">
<label>51.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Levina</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Herrmann</surname>
<given-names>K</given-names>
</name>
<name>
<surname>Geisel</surname>
<given-names>T</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Dynamical synapses causing self-organized criticality in neural networks</article-title>. <source>Nat Phys</source> (<year>2007a</year>). <volume>3</volume>:<fpage>857</fpage>&#x2013;<lpage>860</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/nphys758</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B52">
<label>52.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Levina</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
<name>
<surname>Herrmann</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Dynamical synapses give rise to a power-law distribution of neuronal avalanches</article-title>. <source>Adv Neural Inf Process Syst</source> (<year>2006</year>). <fpage>771</fpage>&#x2013;<lpage>8</lpage>.</citation>
</ref>
<ref id="B53">
<label>53.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Levina</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Herrmann</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
<name>
<surname>Geisel</surname>
<given-names>T</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Phase transitions towards criticality in a neural system with adaptive interactions</article-title>. <source>Phys Rev Lett</source>(<year>2009</year>). <volume>102</volume>:<fpage>118110</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevLett.102.118110</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B54">
<label>54.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>SJ</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhou</surname>
<given-names>C</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Hierarchical modular structure enhances the robustness of self-organized criticality in neural networks</article-title>. <source>New J Phys</source> (<year>2012</year>). <volume>14</volume>:<fpage>023005</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/1367-2630/14/2/023005</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B55">
<label>55.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Brochini</surname>
<given-names>L</given-names>
</name>
<name>
<surname>de Andrade Costa</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
<name>
<surname>Abadi</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
<name>
<surname>Roque</surname>
<given-names>AC</given-names>
</name>
<name>
<surname>Stolfi</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kinouchi</surname>
<given-names>O.</given-names>
</name>
</person-group> <article-title>Phase transitions and self-organized criticality in networks of stochastic spiking neurons</article-title>. <source>Sci Rep</source> (<year>2016</year>). <volume>6</volume>:<fpage>35831</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/srep35831</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B56">
<label>56.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Gerstner</surname>
<given-names>W</given-names>
</name>
<name>
<surname>van Hemmen</surname>
<given-names>JL</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Associative memory in a network of &#x27;spiking&#x27; neurons</article-title>. <source>Netw Comput Neural SystNetw Comput Neural Syst</source> (<year>1992</year>). <volume>3</volume>:<fpage>139</fpage>&#x2013;<lpage>64</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/0954-898X_3_2_004</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B57">
<label>57.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Galves</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
<name>
<surname>L&#xf6;cherbach</surname>
<given-names>E</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Infinite systems of interacting chains with memory of variable length-A stochastic model for biological neural nets</article-title>. <source>J Stat Phys</source> (<year>2013</year>). <volume>151</volume>:<fpage>896</fpage>&#x2013;<lpage>921</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s10955-013-0733-9</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B58">
<label>58.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Kinouchi</surname>
<given-names>O</given-names>
</name>
<name>
<surname>Brochini</surname>
<given-names>L</given-names>
</name>
<name>
<surname>Costa</surname>
<given-names>AA</given-names>
</name>
<name>
<surname>Campos</surname>
<given-names>JGF</given-names>
</name>
<name>
<surname>Copelli</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Stochastic oscillations and dragon king avalanches in self-organized quasi-critical systems</article-title>. <source>Sci Rep</source> (<year>2019</year>). <volume>9</volume>:<fpage>1</fpage>&#x2013;<lpage>12</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/s41598-019-40473-1</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B59">
<label>59.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Grassberger</surname>
<given-names>P</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kantz</surname>
<given-names>H</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>On a forest fire model with supposed self-organized criticality</article-title>. <source>J Stat Phys</source> (<year>1991</year>). <volume>63</volume>:<fpage>685</fpage>&#x2013;<lpage>700</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/BF01029205</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B60">
<label>60.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Costa</surname>
<given-names>AdA</given-names>
</name>
<name>
<surname>Copelli</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kinouchi</surname>
<given-names>O</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Can dynamical synapses produce true self-organized criticality?</article-title> <source>J Stat Mech</source> (<year>2015</year>). <volume>2015</volume>:<fpage>P06004</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/1742-5468/2015/06/P06004</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B61">
<label>61.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Campos</surname>
<given-names>JGF</given-names>
</name>
<name>
<surname>Costa</surname>
<given-names>AdA</given-names>
</name>
<name>
<surname>Copelli</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kinouchi</surname>
<given-names>O</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Correlations induced by depressing synapses in critically self-organized networks with quenched dynamics</article-title>. <source>Phys Rev E</source> (<year>2017</year>). <volume>95</volume>:<fpage>042303</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevE.95.042303</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B62">
<label>62.</label>
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Kinouchi</surname>
<given-names>O</given-names>
</name>
</person-group>. <source>Self-organized (quasi-)criticality: the extremal Feder and Feder model</source>. <comment>arXiv</comment> (<year>1998</year>). <fpage>9802311</fpage>.</citation>
</ref>
<ref id="B63">
<label>63.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Hsu</surname>
<given-names>D</given-names>
</name>
<name>
<surname>Beggs</surname>
<given-names>JM</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Neuronal avalanches and criticality: a dynamical model for homeostasis</article-title>. <source>Neurocomputing</source> <volume>69</volume> (<year>2006</year>). <fpage>1134</fpage>&#x2013;<lpage>36</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.neucom.2005.12.060</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B64">
<label>64.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Hsu</surname>
<given-names>D</given-names>
</name>
<name>
<surname>Tang</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
<name>
<surname>Hsu</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
<name>
<surname>Beggs</surname>
<given-names>JM</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Simple spontaneously active Hebbian learning model: homeostasis of activity and connectivity, and consequences for learning and epileptogenesis</article-title>. <source>Phys Rev E</source> <volume>76</volume> (<year>2007</year>). <fpage>041909</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevE.76.041909</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B65">
<label>65.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Shew</surname>
<given-names>WL</given-names>
</name>
<name>
<surname>Clawson</surname>
<given-names>WP</given-names>
</name>
<name>
<surname>Pobst</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<name>
<surname>Karimipanah</surname>
<given-names>Y</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wright</surname>
<given-names>NC</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wessel</surname>
<given-names>R</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Adaptation to sensory input tunes visual cortex to criticality</article-title>. <source>Nature Phys</source> <volume>11</volume> (<year>2015</year>). <fpage>659</fpage>&#x2013;<lpage>663</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/nphys3370</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B66">
<label>66.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Levina</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ernst</surname>
<given-names>U</given-names>
</name>
<name>
<surname>Michael Herrmann</surname>
<given-names>JM</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Criticality of avalanche dynamics in adaptive recurrent networks</article-title>. <source>Neurocomputing</source> <volume>70</volume> (<year>2007b</year>). <fpage>1877</fpage>&#x2013;<lpage>1881</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.neucom.2006.10.056</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B67">
<label>67.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Peng</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<name>
<surname>Beggs</surname>
<given-names>JM</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Attaining and maintaining criticality in a neuronal network model</article-title>. <source>Physica A Stat Mech Appl</source> (<year>2013</year>). <volume>392</volume>:<fpage>1611</fpage>&#x2013;<lpage>20</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.physa.2012.11.013</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B68">
<label>68.</label>
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Hebb</surname>
<given-names>DO</given-names>
</name>
</person-group>. <source>The organization of behavior: a neuropsychological theory</source>. <publisher-loc>Hoboken</publisher-loc>: <publisher-name>J. Wiley; Chapman &#x26; Hall</publisher-name> (<year>1949</year>). </citation>
</ref>
<ref id="B69">
<label>69.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Turrigiano</surname>
<given-names>GG</given-names>
</name>
<name>
<surname>Nelson</surname>
<given-names>SB</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Hebb and homeostasis in neuronal plasticity</article-title>. <source>Curr Opin Neurobiol</source> (<year>2000</year>). <volume>10</volume>:<fpage>358</fpage>&#x2013;<lpage>64</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/S0959-4388(00)00091-X</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B70">
<label>70.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Kuriscak</surname>
<given-names>E</given-names>
</name>
<name>
<surname>Marsalek</surname>
<given-names>P</given-names>
</name>
<name>
<surname>Stroffek</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<name>
<surname>Toth</surname>
<given-names>PG</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Biological context of Hebb learning in artificial neural networks, a review</article-title>. <source>Neurocomputing</source> (<year>2015</year>). <volume>152</volume>:<fpage>27</fpage>&#x2013;<lpage>35</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.neucom.2014.11.022</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B71">
<label>71.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>de Arcangelis</surname>
<given-names>L</given-names>
</name>
<name>
<surname>Perrone-Capano</surname>
<given-names>C</given-names>
</name>
<name>
<surname>Herrmann</surname>
<given-names>HJ</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Self-organized criticality model for brain plasticity</article-title>. <source>Phys Rev Lett</source> (<year>2006</year>). <volume>96</volume>:<fpage>028107</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevLett.96.028107</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B72">
<label>72.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Lombardi</surname>
<given-names>F</given-names>
</name>
<name>
<surname>Herrmann</surname>
<given-names>HJ</given-names>
</name>
<name>
<surname>de Arcangelis</surname>
<given-names>L</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Balance of excitation and inhibition determines 1/f power spectrum in neuronal networks</article-title>. <source>Chaos</source> (<year>2017</year>). <volume>27</volume>:<fpage>047402</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1063/1.4979043</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B73">
<label>73.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Pellegrini</surname>
<given-names>G. L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>de Arcangelis</surname>
<given-names>L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Herrmann</surname>
<given-names>HJ</given-names>
</name>
<name>
<surname>Perrone-Capano</surname>
<given-names>C</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Activity-dependent neural network model on scale-free networks</article-title>. <source>Phys Rev E</source> (<year>2007</year>). <volume>76</volume>:<fpage>016107</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevE.76.016107</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B74">
<label>74.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>de Arcangelis</surname>
<given-names>L</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Are dragon-king neuronal avalanches dungeons for self-organized brain activity?</article-title> <source>Eur Phys J Spec Top</source> (<year>2012</year>). <volume>205</volume>:<fpage>243</fpage>&#x2013;<lpage>57</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1140/epjst/e2012-01574-6</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B75">
<label>75.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>de Arcangelis</surname>
<given-names>L</given-names>
</name>
<name>
<surname>Herrmann</surname>
<given-names>HJ</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Activity-dependent neuronal model on complex networks</article-title>. <source>Front Physiol</source> (<year>2012</year>). <volume>3</volume>:<fpage>62</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3389/fphys.2012.00062</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B76">
<label>76.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Lombardi</surname>
<given-names>F</given-names>
</name>
<name>
<surname>Herrmann</surname>
<given-names>HJ</given-names>
</name>
<name>
<surname>Perrone-Capano</surname>
<given-names>C</given-names>
</name>
<name>
<surname>Plenz</surname>
<given-names>D</given-names>
</name>
<name>
<surname>De Arcangelis</surname>
<given-names>L</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Balance between excitation and inhibition controls the temporal organization of neuronal avalanches</article-title>. <source>Phys Rev Lett</source> (<year>2012</year>). <volume>108</volume>:<fpage>228703</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevLett.108.228703</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B77">
<label>77.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>de Arcangelis</surname>
<given-names>L</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lombardi</surname>
<given-names>F</given-names>
</name>
<name>
<surname>Herrmann</surname>
<given-names>HJ</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Criticality in the brain</article-title>. <source>J Stat Mech</source> (<year>2014</year>). <volume>2014</volume>:<fpage>P03026</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/1742-5468/2014/03/P03026</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B78">
<label>78.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Lombardi</surname>
<given-names>F</given-names>
</name>
<name>
<surname>Herrmann</surname>
<given-names>HJ</given-names>
</name>
<name>
<surname>Plenz</surname>
<given-names>D</given-names>
</name>
<name>
<surname>De Arcangelis</surname>
<given-names>L</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>On the temporal organization of neuronal avalanches</article-title>. <source>Front Syst Neurosci</source> (<year>2014</year>). <volume>8</volume>:<fpage>204</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3389/fnsys.2014.00204</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B79">
<label>79.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Lombardi</surname>
<given-names>F</given-names>
</name>
<name>
<surname>de Arcangelis</surname>
<given-names>L</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Temporal organization of ongoing brain activity</article-title>. <source>Eur Phys J Spec Top</source> (<year>2014</year>). <volume>223</volume>:<fpage>2119</fpage>&#x2013;<lpage>2130</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1140/epjst/e2014-02253-4</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B80">
<label>80.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Van Kessenich</surname>
<given-names>LM</given-names>
</name>
<name>
<surname>De Arcangelis</surname>
<given-names>L</given-names>
</name>
<name>
<surname>Herrmann</surname>
<given-names>HJ</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Synaptic plasticity and neuronal refractory time cause scaling behaviour of neuronal avalanches</article-title>. <source>Sci Rep</source> (<year>2016</year>). <volume>6</volume>:<fpage>32071</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/srep32071</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B81">
<label>81.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>&#xc7;ift&#xe7;i</surname>
<given-names>K</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Synaptic noise facilitates the emergence of self-organized criticality in the caenorhabditis elegans neuronal network</article-title>. <source>Netw Comput Neural Syst</source> (<year>2018</year>). <volume>29</volume>:<fpage>1</fpage>&#x2013;<lpage>19</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1080/0954898X.2018.1535721</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B82">
<label>82.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Uhlig</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
<name>
<surname>Levina</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
<name>
<surname>Geisel</surname>
<given-names>T</given-names>
</name>
<name>
<surname>Herrmann</surname>
<given-names>JM</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Critical dynamics in associative memory networks</article-title>. <source>Front Comput Neurosci</source> (<year>2013</year>). <volume>7</volume>:<fpage>87</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3389/fncom.2013.00087</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B83">
<label>83.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Rabinovich</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
<name>
<surname>Huerta</surname>
<given-names>R</given-names>
</name>
<name>
<surname>Laurent</surname>
<given-names>G</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Neuroscience: transient dynamics for neural processing</article-title>. <source>Science</source> (<year>2008</year>). <volume>321</volume>:<fpage>48</fpage>&#x2013;<lpage>50</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1126/science.1155564</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B84">
<label>84.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Rubinov</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sporns</surname>
<given-names>O.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Thivierge</surname>
<given-names>JP</given-names>
</name>
<name>
<surname>Breakspear</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Neurobiologically realistic determinants of self-organized criticality in networks of spiking neurons</article-title>. <source>PLoS Comput Biol</source> (<year>2011</year>). <volume>7</volume>:<fpage>e1002038</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1371/journal.pcbi.1002038</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B85">
<label>85.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Del Papa</surname>
<given-names>B.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Priesemann</surname>
<given-names>V</given-names>
</name>
<name>
<surname>Triesch</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Criticality meets learning: criticality signatures in a self-organizing recurrent neural network</article-title>. <source>PLoS One</source> (<year>2017</year>). <volume>12</volume>:<fpage>e0178683</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1371/journal.pone.0178683</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B86">
<label>86.</label>
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Levina</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
<name>
<surname>Herrmann</surname>
<given-names>JM</given-names>
</name>
<name>
<surname>Geisel</surname>
<given-names>T</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Theoretical neuroscience of self-organized criticality: from formal approaches to realistic models</article-title>. In <person-group person-group-type="editor">
<name>
<surname>Plenz</surname>
<given-names>D</given-names>
</name>
<name>
<surname>Niebur</surname>
<given-names>E</given-names>
</name>
</person-group>, editors. <source>Criticality in neural systems</source>. <publisher-loc>Hoboken</publisher-loc>: <publisher-name>Wiley Online Library</publisher-name> (<year>2014</year>). <fpage>417</fpage>&#x2013;<lpage>36</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/9783527651009.ch20</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B87">
<label>87.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Stepp</surname>
<given-names>N</given-names>
</name>
<name>
<surname>Plenz</surname>
<given-names>D</given-names>
</name>
<name>
<surname>Srinivasa</surname>
<given-names>N</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Synaptic plasticity enables adaptive self-tuning critical networks</article-title>. <source>PLoS Comput Biol</source> (<year>2015</year>). <volume>11</volume>:<fpage>e1004043</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1371/journal.pcbi.1004043</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B88">
<label>88.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Delattre</surname>
<given-names>V</given-names>
</name>
<name>
<surname>Keller</surname>
<given-names>D</given-names>
</name>
<name>
<surname>Perich</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
<name>
<surname>Markram</surname>
<given-names>H</given-names>
</name>
<name>
<surname>Muller</surname>
<given-names>EB</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Network-timing-dependent plasticity</article-title>. <source>Front Cell Neurosci</source> (<year>2015</year>). <volume>9</volume>:<fpage>220</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3389/fncel.2015.00220</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B89">
<label>89.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Kossio</surname>
<given-names>FYK</given-names>
</name>
<name>
<surname>Goedeke</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
<name>
<surname>van den Akker</surname>
<given-names>B</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ibarz</surname>
<given-names>B</given-names>
</name>
<name>
<surname>Memmesheimer</surname>
<given-names>RM</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Growing critical: self-organized criticality in a developing neural system</article-title>. <source>Phys Rev Lett</source> (<year>2018</year>). <volume>121</volume>:<fpage>058301</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevLett.121.058301</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B90">
<label>90.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Tetzlaff</surname>
<given-names>C</given-names>
</name>
<name>
<surname>Okujeni</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
<name>
<surname>Egert</surname>
<given-names>U</given-names>
</name>
<name>
<surname>W&#xf6;rg&#xf6;tter</surname>
<given-names>F</given-names>
</name>
<name>
<surname>Butz</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Self-organized criticality in developing neuronal networks</article-title>. <source>PLoS Comput Biol</source> (<year>2010</year>). <volume>6</volume>, <fpage>e1001013</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1371/journal.pcbi.1001013</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B91">
<label>91.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Costa</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Brochini</surname>
<given-names>L</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kinouchi</surname>
<given-names>O</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Self-organized supercriticality and oscillations in networks of stochastic spiking neurons</article-title>. <source>Entropy</source> (<year>2017</year>). <volume>19</volume>:<fpage>399</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3390/e19080399</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B92">
<label>92.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Zierenberg</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wilting</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<name>
<surname>Priesemann</surname>
<given-names>V</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Homeostatic plasticity and external input shape neural network dynamics</article-title>. <source>Phys Rev X</source> (<year>2018</year>). <volume>8</volume>:<fpage>031018</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevX.8.031018</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B93">
<label>93.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Girardi-Schappo</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Brochini</surname>
<given-names>L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Costa</surname>
<given-names>AA</given-names>
</name>
<name>
<surname>Carvalho</surname>
<given-names>TT</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kinouchi</surname>
<given-names>O</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Synaptic balance due to homeostatically self-organized quasicritical dynamics</article-title>. <source>Phys Rev Res</source> (<year>2020</year>). <volume>2</volume>:<fpage>012042</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevResearch.2.012042</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B94">
<label>94.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Brunel</surname>
<given-names>N</given-names>
</name>
</person-group> <article-title>Dynamics of sparsely connected networks of excitatory and inhibitory spiking neurons</article-title>. <source>J Comput Neurosci</source> (<year>2000</year>). <volume>8</volume>:<fpage>183</fpage>&#x2013;<lpage>208</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1023/A:1008925309027</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B95">
<label>95.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Bienenstock</surname>
<given-names>E</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lehmann</surname>
<given-names>D</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Regulated criticality in the brain?</article-title> <source>Advs Complex Syst</source> (<year>1998</year>). <volume>01</volume>:<fpage>361</fpage>&#x2013;<lpage>84</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1142/S0219525998000223</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B96">
<label>96.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Bornholdt</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
<name>
<surname>Rohlf</surname>
<given-names>T</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Topological evolution of dynamical networks: global criticality from local dynamics</article-title>. <source>Phys Rev Lett</source> (<year>2000</year>). <volume>84</volume>:<fpage>6114</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevLett.84.6114</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B97">
<label>97.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Bornholdt</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
<name>
<surname>R&#xf6;hl</surname>
<given-names>T</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Self-organized critical neural networks</article-title>. <source>Phys Rev E</source> (<year>2003</year>). <volume>67</volume>:<fpage>066118</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevE.67.066118</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B98">
<label>98.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Rohlf</surname>
<given-names>T</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Self-organization of heterogeneous topology and symmetry breaking in networks with adaptive thresholds and rewiring</article-title>. <source>Europhys Lett</source> (<year>2008</year>). <volume>84</volume>:<fpage>10004</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1209/0295-5075/84/10004</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B99">
<label>99.</label>
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Gross</surname>
<given-names>T</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sayama</surname>
<given-names>H</given-names>
</name>
</person-group>. <source>Adaptive networks</source>. <publisher-loc>Berlin</publisher-loc>: <publisher-name>Springer</publisher-name> (<year>2009</year>). <fpage>1</fpage>&#x2013;<lpage>8</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/978-3-642-01284-6_1</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B100">
<label>100.</label>
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Rohlf</surname>
<given-names>T</given-names>
</name>
<name>
<surname>Bornholdt</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
</person-group>. <source>Self-organized criticality and adaptation in discrete dynamical networks. Adaptive Networks</source>. <publisher-loc>Berlin</publisher-loc>: <publisher-name>Springer</publisher-name> (<year>2009</year>). <fpage>73</fpage>&#x2013;<lpage>106</lpage>.</citation>
</ref>
<ref id="B101">
<label>101.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Meisel</surname>
<given-names>C</given-names>
</name>
<name>
<surname>Gross</surname>
<given-names>T</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Adaptive self-organization in a realistic neural network model</article-title>. <source>Phys Rev E</source> <volume>80</volume> (<year>2009</year>). <fpage>061917</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevE.80.061917</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B102">
<label>102.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Min</surname>
<given-names>L</given-names>
</name>
<name>
<surname>Gang</surname>
<given-names>Z</given-names>
</name>
<name>
<surname>Tian-Lun</surname>
<given-names>C</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Influence of selective edge removal and refractory period in a self-organized critical neuron model</article-title>. <source>Commun Theor Phys</source> <volume>52</volume> (<year>2009</year>). <fpage>351</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/0253-6102/52/2/31</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B103">
<label>103.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Rybarsch</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
<name>
<surname>Bornholdt</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Avalanches in self-organized critical neural networks: a minimal model for the neural soc universality class</article-title>. <source>PLoS One</source> (<year>2014</year>). <volume>9</volume>:<fpage>e93090</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1371/journal.pone.0093090</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B104">
<label>104.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Cramer</surname>
<given-names>B</given-names>
</name>
<name>
<surname>St&#xf6;ckel</surname>
<given-names>D</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kreft</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wibral</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
<name>
<surname>Schemmel</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<name>
<surname>Meier</surname>
<given-names>K</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> <article-title>Control of criticality and computation in spiking neuromorphic networks with plasticity</article-title>. <source>Nat Commun</source> (<year>2020</year>). <volume>11</volume>:<fpage>1</fpage>&#x2013;<lpage>11</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/s41467-020-16548-3</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B105">
<label>105.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Droste</surname>
<given-names>F.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Do</surname>
<given-names>AL</given-names>
</name>
<name>
<surname>Gross</surname>
<given-names>T</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Analytical investigation of self-organized criticality in neural networks</article-title>. <source>J R Soc Interface</source> (<year>2013</year>). <volume>10</volume>:<fpage>20120558</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1098/rsif.2012.0558</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B106">
<label>106.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Kuehn</surname>
<given-names>C</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Time-scale and noise optimality in self-organized critical adaptive networks</article-title>. <source>Phys Rev E</source> (<year>2012</year>). <volume>85</volume>:<fpage>026103</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevE.85.026103</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B107">
<label>107.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Zeng</surname>
<given-names>H-L</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhu</surname>
<given-names>C-P</given-names>
</name>
<name>
<surname>Guo</surname>
<given-names>Y-D</given-names>
</name>
<name>
<surname>Teng</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
<name>
<surname>Jia</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kong</surname>
<given-names>H</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> <article-title>Power-law spectrum and small-world structure emerge from coupled evolution of neuronal activity and synaptic dynamics</article-title>. <source>J Phys: Conf Ser</source> (<year>2015</year>). <volume>604</volume>:<fpage>012023</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/1742-6596/604/1/012023</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B108">
<label>108.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Mejias</surname>
<given-names>JF</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kappen</surname>
<given-names>HJ</given-names>
</name>
<name>
<surname>Torres</surname>
<given-names>JJ</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Irregular dynamics in up and down cortical states</article-title>. <source>PLoS One</source> (<year>2010</year>). <volume>5</volume>:<fpage>e13651</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1371/journal.pone.0013651</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B109">
<label>109.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Millman</surname>
<given-names>D</given-names>
</name>
<name>
<surname>Mihalas</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kirkwood</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
<name>
<surname>Niebur</surname>
<given-names>E</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Self-organized criticality occurs in non-conservative neuronal networks during &#x2018;up&#x2019; states</article-title>. <source>Nat Phys</source> (<year>2010</year>). <volume>6</volume>:<fpage>801</fpage>&#x2013;<lpage>05</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/nphys1757</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B110">
<label>110.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>di Santo</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
<name>
<surname>Burioni</surname>
<given-names>R</given-names>
</name>
<name>
<surname>Vezzani</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
<name>
<surname>Mu&#xf1;oz</surname>
<given-names>MA</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Self-organized bistability associated with first-order phase transitions</article-title>. <source>Phys Rev Lett</source> (<year>2016</year>). <volume>116</volume>:<fpage>240601</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevLett.116.240601</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B111">
<label>111.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Di Santo</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
<name>
<surname>Villegas</surname>
<given-names>P</given-names>
</name>
<name>
<surname>Burioni</surname>
<given-names>R</given-names>
</name>
<name>
<surname>Mu&#xf1;oz</surname>
<given-names>MA</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Landau&#x2013;Ginzburg theory of cortex dynamics: scale-free avalanches emerge at the edge of synchronization</article-title>. <source>Proc Natl Acad Sci USA</source> (<year>2018</year>). <volume>115</volume>:<fpage>E1356</fpage>&#x2013;<lpage>65</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1073/pnas.1712989115</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B112">
<label>112.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Cowan</surname>
<given-names>JD</given-names>
</name>
<name>
<surname>Neuman</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kiewiet</surname>
<given-names>B</given-names>
</name>
<name>
<surname>Van Drongelen</surname>
<given-names>W</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Self-organized criticality in a network of interacting neurons</article-title>. <source>J Stat Mech</source>(<year>2013</year>). <volume>2013</volume>:<fpage>P04030</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/1742-5468/2013/04/p04030</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B113">
<label>113.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Magnasco</surname>
<given-names>MO</given-names>
</name>
<name>
<surname>Piro</surname>
<given-names>O</given-names>
</name>
<name>
<surname>Cecchi</surname>
<given-names>GA</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Self-tuned critical anti-Hebbian networks</article-title>. <source>Phys Rev Lett</source> (<year>2009</year>). <volume>102</volume>:<fpage>258102</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevLett.102.258102</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B114">
<label>114.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Khoshkhou</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
<name>
<surname>Montakhab</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Spike-timing-dependent plasticity with axonal delay tunes networks of izhikevich neurons to the edge of synchronization transition with scale-free avalanches</article-title>. <source>Front Syst Neurosci</source> (<year>2019</year>). <volume>13</volume>:22&#x2013;7. <pub-id pub-id-type="doi">10.3389/fnsys.2019.00073</pub-id> </citation>
</ref>
</ref-list>
</back>
</article>