隨機(jī)共振與感覺(jué)信息處理的理論和實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、該文中,我們首先用非線(xiàn)性動(dòng)力學(xué)中的相平面法來(lái)定性地分析神經(jīng)元的閾值特性.結(jié)果表明具有明顯閾值特性的單個(gè)神經(jīng)元可被看作是一個(gè)簡(jiǎn)單的閾值檢測(cè)器.另外,在感覺(jué)系統(tǒng)中,由于外周神經(jīng)所感受到的刺激信號(hào)總是匯聚到中樞神經(jīng),因此文中用一個(gè)加和并行網(wǎng)絡(luò)來(lái)模擬這個(gè)典型特征.用一個(gè)加和并行的Hodgkin-Huxley(HH)神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)模型,我們來(lái)模擬感覺(jué)系統(tǒng)中外周部分的特性.與單個(gè)HH模型相比,引起網(wǎng)絡(luò)發(fā)生隨機(jī)共振的優(yōu)化噪聲強(qiáng)度有一個(gè)更寬的范圍.更甚者,

2、當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中受到閾值上的信號(hào)作用時(shí),噪聲也不降低其檢測(cè)能力.這些結(jié)果為感覺(jué)系統(tǒng)在相對(duì)固定的噪聲環(huán)境中利用隨機(jī)共振現(xiàn)象來(lái)感受外界多變的信號(hào)提供了證據(jù).從信號(hào)傳輸?shù)慕嵌瘸霭l(fā),我們用互信息和相關(guān)系數(shù)等指標(biāo)研究了加和并行閾值神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)中的隨機(jī)共振現(xiàn)象.從仿真結(jié)果中,除了能觀(guān)察到傳統(tǒng)的閾值下隨機(jī)共振,還能觀(guān)察到閾值上隨機(jī)共振(SSR)現(xiàn)象,也就是說(shuō)即使輸入信號(hào)處于閾值上,噪聲也能增強(qiáng)信息傳遞率和輸入輸出信號(hào)的匹配程度.根據(jù)心理物理學(xué)中的信號(hào)檢測(cè)理論,

3、檢測(cè)器的接收器和分類(lèi)器可以作為描述感覺(jué)系統(tǒng)中的外周部分和中樞部分(如大腦)的模型.基于此,首先考慮了在神經(jīng)中樞中的隨機(jī)共振現(xiàn)象.與以往用此方法研究這種現(xiàn)象不同的是,我們用泊松神經(jīng)元來(lái)構(gòu)成概率模型.其次,與以往模型中把接收器部分看作是線(xiàn)性模型或單個(gè)非線(xiàn)性系統(tǒng)不同,我們用加和并行的閾值神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)來(lái)模擬接收器部分.仿真結(jié)果表明,百分比正確率和感受性指標(biāo)都出現(xiàn)了隨機(jī)共振現(xiàn)象.最后我們做了與這兩個(gè)指標(biāo)相對(duì)應(yīng)心理物理學(xué)實(shí)驗(yàn)——單擇一的強(qiáng)迫選擇法和二