神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的共振效應(yīng)——信息的檢測與傳導(dǎo).pdf

1、大腦是人體最為復(fù)雜的系統(tǒng),不同神經(jīng)元和神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)是實(shí)現(xiàn)復(fù)雜腦功能的基礎(chǔ),信息在神經(jīng)元及神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)中的檢測和傳導(dǎo)是神經(jīng)科學(xué)中的一個(gè)重要問題。因此,本論文旨在通過構(gòu)建外部刺激作用下的網(wǎng)絡(luò)模型,包括前饋神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)、皮層隨機(jī)神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)以及海馬電阻網(wǎng)絡(luò),揭示外部刺激下,神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)編碼的傳導(dǎo)特性及共振等特性,進(jìn)一步分析如何基于這些特性利用外部刺激對神經(jīng)信息傳導(dǎo)進(jìn)行調(diào)控。
　　本文首先構(gòu)建了不同神經(jīng)元模型組成的前饋神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò),分析網(wǎng)絡(luò)中信息

2、傳導(dǎo)的基本規(guī)律。噪聲在神經(jīng)系統(tǒng)中是普遍存在的,其對神經(jīng)系統(tǒng)中很多層面都會(huì)產(chǎn)生影響。研究發(fā)現(xiàn),噪聲對多層前饋神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)中的弱輸入信號傳導(dǎo)能力有增強(qiáng)作用,噪聲誘導(dǎo)的隨機(jī)共振成為弱信息的檢測和傳導(dǎo)的可能機(jī)制。從高頻周期刺激信號模擬噪聲環(huán)境所引發(fā)的振動(dòng)共振研究中發(fā)現(xiàn),前饋神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)中存在最優(yōu)的高頻刺激的幅值和頻率使振動(dòng)共振現(xiàn)象最為顯著。通過分析網(wǎng)絡(luò)參數(shù)對前饋神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)共振特性的影響,發(fā)現(xiàn)連接概率、突觸時(shí)間常數(shù)、異質(zhì)性等對微弱信息檢測和傳導(dǎo)產(chǎn)生一

3、定的影響。
　　其次,本文采用Izhikevich神經(jīng)元模型構(gòu)建了外部刺激作用下的皮層隨機(jī)神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)模型,從振動(dòng)共振的角度研究外部刺激作用下網(wǎng)絡(luò)的同步和共振特性,以及突觸可塑性對網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和功能的作用規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn),高頻刺激能夠提高網(wǎng)絡(luò)中弱信號的傳導(dǎo)能力,網(wǎng)絡(luò)的特性包括網(wǎng)絡(luò)規(guī)模、突觸連接概率以及突觸權(quán)重等能夠調(diào)節(jié)弱信號的傳導(dǎo)?？伤苄允桥c神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)相關(guān)的重要特性,通過對外部刺激下網(wǎng)絡(luò)的放電規(guī)律進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn),在沒有外加交流刺激時(shí),學(xué)

4、習(xí)結(jié)束時(shí)網(wǎng)絡(luò)表現(xiàn)出不相關(guān)的泊松放電行為。但是,當(dāng)網(wǎng)絡(luò)處于外加交流刺激時(shí),學(xué)習(xí)過程結(jié)束時(shí)網(wǎng)絡(luò)則表現(xiàn)出自激節(jié)律放電活動(dòng)。此外,可塑性的存在使外部刺激的效果累積,即使是微小的改變也能積累產(chǎn)生明顯的效果。
　　最后,本論文建立了外部刺激作用下的海馬CA3區(qū)椎體神經(jīng)元兩房室PR模型及相應(yīng)的PR電阻耦合網(wǎng)絡(luò)模型。研究發(fā)現(xiàn),外部刺激參數(shù)不同時(shí),單個(gè)神經(jīng)元出現(xiàn)無放電、周期放電及無規(guī)則放電等放電模式。對網(wǎng)絡(luò)同步特性研究結(jié)果表明,外部刺激能改變海馬C