神經(jīng)元集群Rate-score和ISI-score編碼研究.pdf

1、研究目的:本論文根據(jù)Hebb關(guān)于記憶機(jī)制的細(xì)胞集合學(xué)說(shuō):大量神經(jīng)元的協(xié)同電活動(dòng)形成功能神經(jīng)元集群對(duì)外界信息(刺激)進(jìn)行表達(dá)和傳遞,來(lái)編碼外界信息(刺激),提出了兩類不同的神經(jīng)元集群電活動(dòng)的score編碼表達(dá)(1)在生理窗口(100ms)下的神經(jīng)元集群Rare-score編碼；(2)在小時(shí)間尺度(<20ms)上的ISI-score編碼,實(shí)現(xiàn)了這兩種編碼方式表征神經(jīng)元集群動(dòng)態(tài)電活動(dòng)模式編碼刺激的計(jì)算,研究分析了兩種方法編碼刺激的效能,為研究

2、神經(jīng)元集群編碼提供支持。
　　 研究方法:
　　 1.神經(jīng)元集群電活動(dòng)score編碼:提出Rare-score和ISI-score兩類神經(jīng)元集群編碼方法,實(shí)現(xiàn)了神經(jīng)計(jì)算,來(lái)表達(dá)神經(jīng)元集群電活動(dòng)對(duì)外界刺激(信息)進(jìn)行編碼的特征模式的動(dòng)態(tài)變化:
　　 (1)神經(jīng)元集群電活動(dòng)的Rate-score編碼:
　　 時(shí)間窗口為100ms,窗口移動(dòng)為25ms,從初始點(diǎn)開始,逐個(gè)移動(dòng)窗口,計(jì)算每個(gè)窗口內(nèi)的神經(jīng)元發(fā)放個(gè)數(shù),

3、通過(guò)加權(quán)系數(shù)(窗口內(nèi)的ISI的標(biāo)準(zhǔn)差SD)轉(zhuǎn)化成獲得這個(gè)窗口中Rate-score的值,將每個(gè)窗口中的Rate-score值進(jìn)行歸一化處理后,構(gòu)建神經(jīng)元群體發(fā)放的動(dòng)態(tài)地形圖,表達(dá)神經(jīng)元編碼刺激的動(dòng)態(tài)特征模式。
　　 (2)神經(jīng)元集群電活動(dòng)的ISI-score編碼:
　　 ISI-score編碼基于時(shí)空序列神經(jīng)元發(fā)放ISI序列、是神經(jīng)元集群電活動(dòng)在小時(shí)間尺度上的編碼模式,可以表征神經(jīng)元集群的瞬時(shí)變化的編碼模式。
　　

4、 ①對(duì)神經(jīng)元發(fā)放時(shí)空序列中的每個(gè)神經(jīng)元的發(fā)放序列,計(jì)算其發(fā)放間隔序列ISI,應(yīng)用放電間隔圖表示ISIs的分布。
　　 ②將ISI值轉(zhuǎn)換為歸一化的ISI-score值:根據(jù)群體中所有神經(jīng)元發(fā)放時(shí)空序列ISIH,選取其中最大的ISI和最小的ISI分別定義其ISI-score值為0和1,得到時(shí)空序列中每個(gè)ISI的ISI-score值；
　　 ③神經(jīng)元群體ISI地形圖的繪制:同上,移動(dòng)窗口得到ISI動(dòng)態(tài)地形圖,表達(dá)動(dòng)態(tài)神經(jīng)元集

5、群的瞬時(shí)模式編碼刺激的。
　　 2.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù):實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)由上海復(fù)旦大學(xué)神經(jīng)生物研究所提供,為記憶事件中在陽(yáng)性刺激和陰性刺激兩類過(guò)程中神經(jīng)元群體發(fā)放的10次實(shí)驗(yàn)中的時(shí)空序列。在本論文中,應(yīng)用以上兩類(各10次)時(shí)空序列作為實(shí)例,進(jìn)行神經(jīng)元集群score編碼的研究。
　　 研究結(jié)果:以在10次重復(fù)實(shí)驗(yàn)中,兩類刺激過(guò)程中的神經(jīng)元發(fā)放為例進(jìn)行了兩類score編碼的結(jié)果如下:
　　 1.神經(jīng)元集群電活動(dòng)Rate-score編

6、碼:
　　 (1)陰性刺激前2秒內(nèi)Rate-score值:0.53±0.13；在刺激后2秒內(nèi)的Rate-score值:0.51±0.10。
　　 (2)陽(yáng)性刺激前2秒內(nèi)Rate-score值:0.38±0.06；在刺激后2秒內(nèi)的Rate-score值:0.53±0.10。
　　 2.神經(jīng)元集群電活動(dòng)ISI-score編碼:
　　 (1)陰性刺激前2秒內(nèi)ISI-score值:0.59±0.07；在刺激后2秒

7、內(nèi)的Rate-score值:0.58±0.05。
　　 (2)陽(yáng)性刺激前2秒內(nèi)Rate-score值:0.53±0.06；在刺激后2秒內(nèi)的Rate-score值:0.71±0.06。
　　 研究結(jié)論:本論文應(yīng)用兩類score編碼方法對(duì)陽(yáng)性和陰性兩類刺激過(guò)程中神經(jīng)元集群電活動(dòng)的動(dòng)態(tài)編碼模式進(jìn)行了研究,結(jié)論如下:神經(jīng)元集群電活動(dòng)的score編碼能夠表征神經(jīng)元集群對(duì)陽(yáng)性刺激的編碼。
　　 (1)陰性刺激前后兩類神經(jīng)元集

8、群編碼模式:Rate-score和ISI-score編碼模式其score值沒有明顯變化；
　　 (2)陽(yáng)性刺激過(guò)程中Rate-score和ISI-score編碼模式有顯著變化,在刺激后兩類score值均顯著高于刺激前的值(p<0.01)。
　　 (3)Rate-score和ISI-score可以有效編碼陽(yáng)性刺激,且在10刺激過(guò)程中對(duì)編碼表征的魯棒性好。
　　 (4)ISI-score編碼能夠在小時(shí)間尺度上(<20