興奮抑制網(wǎng)絡(luò)魯棒同步機(jī)制及其應(yīng)用研究.pdf

1、在真實(shí)的神經(jīng)系統(tǒng)當(dāng)中，信息的傳遞與加工都是通過神經(jīng)元的放電序列來實(shí)現(xiàn)的，因此神經(jīng)放電活動(dòng)與一些感知學(xué)習(xí)機(jī)制之間的相互作用便成為計(jì)算神經(jīng)科學(xué)研究中的一個(gè)熱點(diǎn)。可否以及如何在一個(gè)模型當(dāng)中將這兩種活動(dòng)整合到一起，從而以神經(jīng)元之間的局部相互作用來實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)或其他一些高級(jí)認(rèn)知功能，是本文研究的主要問題。
　　 本文首先從還原論的角度出發(fā)，研究了影響神經(jīng)元活動(dòng)的同步機(jī)制的因素，從而試圖澄清神經(jīng)編碼的策略。這其中又首先研究了各類同步振蕩活動(dòng)的一

2、般機(jī)理。本文分類闡述了幾類同步振蕩的行為及其動(dòng)力力學(xué)，采用了解析、相平面法以及數(shù)值仿真等幾種方法闡述了其中的原理，考察了如神經(jīng)元的相位響應(yīng)曲線(PRC)的形狀、突觸動(dòng)力學(xué)參數(shù)、網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等多種不同的模型屬性對(duì)網(wǎng)絡(luò)同步的影響，以確定影響網(wǎng)絡(luò)同步性的主要因素。
　　 本文著重分析了在興奮-抑制網(wǎng)絡(luò)中的Gamma同步機(jī)制。興奮-抑制網(wǎng)絡(luò)（由興奮性神經(jīng)元與抑制性神經(jīng)元組成）同步振蕩的穩(wěn)定性已經(jīng)在許多研究中被探索。在真實(shí)的神經(jīng)系統(tǒng)當(dāng)中

3、，網(wǎng)絡(luò)接受的輸入具有很高的異質(zhì)性(Heterogeneity)。但是，對(duì)網(wǎng)絡(luò)如何容忍高強(qiáng)度的異質(zhì)性從而實(shí)現(xiàn)同步振蕩活動(dòng)的魯棒性仍然缺乏研究。本文仔細(xì)考察了異質(zhì)E/I網(wǎng)絡(luò)中的同步魯棒性。我們發(fā)現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)的頻率與同步性都高度依賴于網(wǎng)絡(luò)模型中參數(shù)的設(shè)置。一個(gè)短但是不可缺少的延遲、足夠快的抑制（抑制的衰減時(shí)間常數(shù)短）、以及足夠強(qiáng)的突觸連接對(duì)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生健壯的Gamma頻率同步活動(dòng)非常重要。當(dāng)這幾類條件都達(dá)到時(shí)，網(wǎng)絡(luò)可以抵抗高達(dá)30％的異質(zhì)性，這個(gè)強(qiáng)度

4、已接近于真實(shí)神經(jīng)系統(tǒng)中所記錄到的異質(zhì)性程度。
　　 最后，本文構(gòu)建了以E/I網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的前饋網(wǎng)絡(luò)，以研究E/I網(wǎng)絡(luò)魯棒同步在信息處理中的作用。該網(wǎng)絡(luò)為具有雙層結(jié)構(gòu)的前饋網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)每層網(wǎng)絡(luò)本身是一個(gè)以E/I網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的遞歸網(wǎng)絡(luò)。我們選擇以一致性檢測(cè)編碼為主要神經(jīng)編碼策略，利用與放電時(shí)間依賴可塑性(STDP)作為突觸權(quán)值調(diào)整規(guī)則進(jìn)行學(xué)習(xí)。同經(jīng)典的稀疏編碼原理一樣，通過輸入自然圖像刺激，網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)得到的類似Gabor小波基的感受野，表明