突觸可塑性對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的影響.pdf

1、眾所周知，學(xué)習(xí)與記憶是中樞神經(jīng)系統(tǒng)中最重要的高級(jí)認(rèn)知功能之一.人和動(dòng)物通過(guò)學(xué)習(xí)與記憶，并根據(jù)自身經(jīng)驗(yàn)主動(dòng)改變自身行為以適應(yīng)不斷變化的外界環(huán)境.因此，學(xué)習(xí)與記憶的神經(jīng)基礎(chǔ)被認(rèn)為是腦科學(xué)研究中的一個(gè)核心問(wèn)題.現(xiàn)在普遍認(rèn)為，學(xué)習(xí)與記憶是通過(guò)神經(jīng)元的突觸可塑性這一機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)的.深入研究突觸可塑性對(duì)了解學(xué)習(xí)與記憶性具有至關(guān)重要的作用.
　　實(shí)際上，神經(jīng)元是處在一個(gè)復(fù)雜的環(huán)境中的，不僅接收著外界各種各樣的刺激，同時(shí)受到不同形式和強(qiáng)度的噪聲，其

2、中主要的噪聲為通道噪聲.通常我們理解噪聲對(duì)系統(tǒng)或神經(jīng)元本身的規(guī)律性起到破壞作用，但是經(jīng)過(guò)大量研究證明合適強(qiáng)度的噪聲對(duì)系統(tǒng)的規(guī)律性起一定的積極作用，它能夠改變神經(jīng)元的發(fā)放情況，自發(fā)動(dòng)作電位的產(chǎn)生和發(fā)放時(shí)間的可靠性和精度等.因此，對(duì)噪聲的研究對(duì)了解神經(jīng)元的特性具有格外重要的意義.
　　本文主要研究通道噪聲和突觸可塑性對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的影響，主要通過(guò)觀察神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)放率、同步性、變異性以及突觸效能的變化，并結(jié)合生物意義解釋其內(nèi)在的活動(dòng)機(jī)制.對(duì)

3、于突觸可塑性，本文分別研究了短時(shí)程以及長(zhǎng)時(shí)程突觸可塑性.
　　第一部分考慮短時(shí)程突觸可塑性.首先給出短時(shí)程突觸可塑性模型—UR模型，并結(jié)合隨機(jī)HH神經(jīng)元構(gòu)成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò).在不同膜面積下改變抑制和易化衰退速率觀察其對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的影響，以及改變釋放概率的基準(zhǔn)值.發(fā)現(xiàn)易化強(qiáng)度越強(qiáng)越能夠促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)的同步;相對(duì)地，抑制強(qiáng)度越強(qiáng)會(huì)破壞網(wǎng)絡(luò)的規(guī)律性.通道噪聲達(dá)到一定強(qiáng)度能夠促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)的同步.隨后，在通道噪聲下對(duì)網(wǎng)絡(luò)中神經(jīng)元加入不同強(qiáng)度Possion刺激，

4、發(fā)現(xiàn)易化與短期記憶性有關(guān).經(jīng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在適當(dāng)噪聲下外界刺激強(qiáng)度越強(qiáng)，記憶成功的概率越高并且信息存儲(chǔ)的時(shí)間越長(zhǎng).其次給出基于鈣離子調(diào)控的模型—FD模型.觀察鈣離子在突觸信息傳導(dǎo)中所起到的作用，并與UR模型進(jìn)行比較.
　　第二部分結(jié)合NMDA受體調(diào)節(jié)長(zhǎng)時(shí)程突觸可塑性的機(jī)制建立突觸模型.當(dāng)2個(gè)興奮性神經(jīng)元單突觸連接時(shí)，首先在無(wú)外界刺激下，觀察膜面積與囊泡釋放概率的變化關(guān)系.其次，根據(jù)相關(guān)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行數(shù)值模擬.分別對(duì)突觸前后神經(jīng)元加入周期型輸入

5、，考慮改變刺激強(qiáng)度，刺激次數(shù)以及突觸前后刺激的時(shí)間間隔觀察囊泡釋放概率的變化.同時(shí)，對(duì)突觸前后神經(jīng)元加入不同強(qiáng)度Possion刺激.接著考慮突觸前神經(jīng)元分別為興奮性與抑制性神經(jīng)元時(shí)，加入不同強(qiáng)度的周期刺激或Possion刺激，觀察神經(jīng)元的發(fā)放率、變異系數(shù)、同步指數(shù)和囊泡平均釋放率的變化.比較刺激類型，發(fā)現(xiàn)若加入的為周期型刺激，神經(jīng)元會(huì)在60Hz處出現(xiàn)共振現(xiàn)象.比較突觸前神經(jīng)元的類型，若為興奮性神經(jīng)元時(shí)，釋放的神經(jīng)遞質(zhì)會(huì)激活NMDA受體，