神經(jīng)元發(fā)放的信息熵編碼及其在癲癇發(fā)病機制研究中的應(yīng)用.pdf

1、研究目的:(1)在分析神經(jīng)元發(fā)放頻率編碼、發(fā)放時間間隔(inter-spike interval,ISI)編碼及經(jīng)典熵編碼的特點和局限性的基礎(chǔ)上,提出Shannon熵編碼及其計算方法；(2)通過神經(jīng)元發(fā)放仿真數(shù)據(jù)研究Shannon熵編碼的可行性和有效性；(3)對正常大鼠和顳葉癲癇大鼠海馬神經(jīng)元發(fā)放進行Shannon熵編碼,為研究癲癇發(fā)病的超同步放電機制假說提供病灶神經(jīng)元發(fā)放編碼模式支持。
　　 研究內(nèi)容:(1)應(yīng)用chay模型仿

2、真兩類典型的神經(jīng)元發(fā)放模式:節(jié)律發(fā)放和爆發(fā)發(fā)放,應(yīng)用神經(jīng)元發(fā)放仿真序列驗證Shannon熵編碼方法的可行性和有效性,研究熵編碼的帶寬選擇問題；(2)在論證Shannon熵編碼方法可行的基礎(chǔ)上,對正常大鼠組和顳葉癲癇大鼠組海馬神經(jīng)元的發(fā)放序列進行Shannon熵編碼和ISI編碼,對比以上兩種編碼結(jié)果,分析熵編碼相對于時間編碼的優(yōu)越性。
　　 研究方法:獲取正常大鼠和顳葉癲癇大鼠海馬神經(jīng)元的發(fā)放序列；提取發(fā)放脈沖峰峰間隔序列；對蘊涵

3、了大量動態(tài)信息的ISI序列進行Shannon熵編碼,與ISI編碼(散點圖、發(fā)放間隔直方圖和聯(lián)合間隔直方圖)進行比較；計算Shannon熵編碼的步驟包括:繪制發(fā)放間隔直方圖、計算不同帶寬對應(yīng)Shannon熵值并據(jù)此選擇合適編碼帶寬等。
　　 研究結(jié)果:(1)爆發(fā)發(fā)放仿真序列的熵值明顯小于節(jié)律發(fā)放仿真序列熵值,反映了神經(jīng)元爆發(fā)發(fā)放和節(jié)律發(fā)放仿真序列不同的熵編碼模式；(2)顳葉癲癇大鼠組海馬神經(jīng)元發(fā)放序列的熵值(6.36±0.207b

4、it)明顯小于正常大鼠組海馬神經(jīng)元發(fā)放序列熵值(7.44±0.472bit),P<0.05。顳葉癲癇大鼠組和正常大鼠組海馬神經(jīng)元發(fā)放序列的熵編碼模式不同。
　　 研究結(jié)論:(1)仿真研究表明,Shannon熵編碼算法能夠有效地編碼不同類型神經(jīng)元發(fā)放的非線性信息；(2)Shannon熵編碼算法能定量編碼神經(jīng)元發(fā)放信息,而ISI編碼(散點圖、發(fā)放間隔直方圖和聯(lián)合間隔直方圖)只能定性描述兩種不同的編碼模式。可見,Shannon熵編碼優(yōu)