視覺皮層突觸連接網絡演化模擬研究.pdf

1、大腦是目前最高效、最復雜、最穩(wěn)定的系統(tǒng)之一，復雜網絡已經成為研究大腦神經元連接和腦區(qū)連接的新手段?，F(xiàn)有研究已經證明大腦網絡具有小世界特性，其同時具備較短的平均路徑長度與較高的聚類系數，分別對應大腦信息處理的功能分化與功能整合兩個基本組織原則。視覺皮層存在于大腦的多個區(qū)域，是研究大腦的突破口。
　　大腦內突觸連接數量是按照一種先增后減的模式發(fā)展，大腦皮層的突觸剪除機制可能是大腦網絡高效穩(wěn)健的關鍵所在，這也為創(chuàng)建高效率低能耗的網絡提供

2、新的參考方法。此外，神經系統(tǒng)中大多數的神經連接是短的，也存在少量長程連接。導致出現(xiàn)這種結構的內在機制還不清楚，同時考慮信息傳遞步數和總體布線代價的最小化，可能存在距離優(yōu)先連接與大神經元優(yōu)先連接的折衷。本文首先利用網絡的數學描述驗證視覺皮層網絡的小世界特性，在此基礎上研究視覺皮層的突觸剪除機制與突觸連接演化機制，研究內容概括如下：
　　一、在大腦嚴格的空間限制下基于大腦體素坐標建立節(jié)點的位置信息，然后依據皮層組織結構特性，引入視覺皮

3、層中節(jié)點間的空間距離的計算方式，建立節(jié)點間的連接概率函數的數學模型。在局部和全局范圍內對視覺皮層網絡進行模擬，驗證了視覺皮層網絡的小世界特性。
　　二、以大腦皮層網絡的突觸剪除機制為啟發(fā)，設計了網絡減邊演化算法。實驗結果表明，該算法能夠有效模擬突觸剪除機制，并且演化后的網絡會出現(xiàn)中心節(jié)點、小世界特性和高效率代價比等性質。驗證了突觸剪除機制可能是大腦網絡高效性的關鍵所在這一推測。
　　三、為模擬視覺皮層中總體布線代價和信息傳遞