復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)上神經(jīng)元系統(tǒng)對(duì)刺激的響應(yīng).pdf

1、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)刺激的響應(yīng)是腦的功能和結(jié)構(gòu)研究中非常重要的問題。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中不同區(qū)域之間的通訊依賴于局域網(wǎng)絡(luò)對(duì)輸入信號(hào)的響應(yīng)：網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)對(duì)于網(wǎng)絡(luò)上的動(dòng)力學(xué)過程會(huì)產(chǎn)生深刻影響。本文分別研究了在全局耦合網(wǎng)絡(luò)和無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)上神經(jīng)元群對(duì)刺激的響應(yīng)，探討所產(chǎn)生的編碼行為與觸發(fā)率、突觸興奮程度和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的關(guān)系。 一.研究了全局耦合H-H神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)對(duì)動(dòng)作電位刺激的響應(yīng)。全局耦合神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)對(duì)周期動(dòng)作電位刺激的響應(yīng)表現(xiàn)為集體振蕩行為，神經(jīng)元群體的振蕩模

2、式構(gòu)成了對(duì)刺激的時(shí)空編碼。在適當(dāng)?shù)臈l件下，網(wǎng)絡(luò)的輸出能夠很好保持輸入信號(hào)的特征。其中興奮突觸比例表現(xiàn)出閾值特征，在閾值以上未受刺激神經(jīng)元表現(xiàn)出鎖頻振蕩。該閾值隨著觸發(fā)率的增大產(chǎn)生先降后升的非單調(diào)變化。觸發(fā)率的增大縮小了受刺激與未受刺激神經(jīng)元群振蕩頻率的差異，從而產(chǎn)生這兩類神經(jīng)元群對(duì)刺激的整體響應(yīng)。 輸入輸出時(shí)間間隔的依賴關(guān)系表明全局耦合神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的不應(yīng)期大于單個(gè)神經(jīng)元的不應(yīng)期。鎖頻的最小輸入時(shí)間間隔隨觸發(fā)率的增大而減小，隨興奮突

3、觸比例的增大呈先降后升的非單調(diào)變化。未受刺激神經(jīng)元群的平均活性分別隨觸發(fā)率、興奮突觸比例的增大而增大，到一定值出現(xiàn)飽和現(xiàn)象。未受刺激神經(jīng)元群的活性同步程度隨興奮突觸比例的增大而先降后升地非單調(diào)變化。從未受刺激神經(jīng)元群的1:1鎖頻的最小輸出時(shí)間間隔、平均活性和活性同步程度三個(gè)方面綜合分析，興奮突觸與抑制突觸均衡最有利于信號(hào)的編碼和傳播。 二．研究了具有無標(biāo)度屬性的神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)對(duì)刺激的響應(yīng)。所出現(xiàn)的神經(jīng)元群的鎖頻振蕩、興奮突觸比例的閾

4、值特性等與全局耦合神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)有類似的性質(zhì)。在下列方面反映出網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)對(duì)響應(yīng)行為有明顯影響： 無標(biāo)度神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)存在平均度的閾值行為，在閾值以上未受刺激神經(jīng)元表現(xiàn)出鎖頻振蕩。該閾值隨興奮突觸比例的增大而減小。當(dāng)突觸全部處于興奮的狀態(tài)時(shí)，全局耦合網(wǎng)絡(luò)中未受刺激神經(jīng)元群可以實(shí)現(xiàn)精確時(shí)刻編碼，而無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)中未受刺激神經(jīng)元群也只能出現(xiàn)部分神經(jīng)元精確時(shí)刻編碼。無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)1:1鎖頻振蕩需要比全局耦合網(wǎng)絡(luò)更大的興奮突觸比例和觸發(fā)率。觸發(fā)率、興奮

5、突觸比例和網(wǎng)絡(luò)平均度的增大，都促進(jìn)未受刺激神經(jīng)元群中更多的神經(jīng)元參與編碼，使神經(jīng)元群的平均活性增大。無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)的活性同步程度在不同的參數(shù)范圍內(nèi)可高于或低于全局耦合網(wǎng)絡(luò)的同步程度。 此外，關(guān)于無標(biāo)度Hopfield神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模式識(shí)別的問題，研究了網(wǎng)絡(luò)尺度的影響。發(fā)現(xiàn)在模型的儲(chǔ)存模式的數(shù)目P與網(wǎng)絡(luò)尺度N的比值P/N<1/10的條件下，網(wǎng)絡(luò)對(duì)受污模式做出響應(yīng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)后，這個(gè)模式與原模式的重疊(overlap)隨網(wǎng)絡(luò)平均度變化的規(guī)律與網(wǎng)絡(luò)