具有混合突觸的神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)共振與同步特性研究.pdf

1、大腦具有復(fù)雜的神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),通過接收、整合、傳導(dǎo)和輸出信息以實現(xiàn)記憶、認(rèn)知、情感、行為等各種生理功能。大腦中神經(jīng)信息的處理是通過各腦區(qū)及腦區(qū)間的協(xié)同作用完成的。神經(jīng)元之間通過化學(xué)突觸和電突觸進行耦合構(gòu)成神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò),而共振和同步則是神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)進行信息傳遞的重要機制。研究發(fā)現(xiàn),同步異常是腦功能疾病的主要體現(xiàn),對同步狀態(tài)的研究可以為腦疾病的治療提供依據(jù)。共振現(xiàn)象則對微弱閾下信號的檢測和傳遞提供了可能。
　　本文首先采用FitzHugh

2、-Nagumo神經(jīng)元模型通過混合的化學(xué)突觸和電突觸耦合構(gòu)建了具有小世界特性的神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò),研究其振動共振現(xiàn)象。通過仿真研究發(fā)現(xiàn),對所構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)施加閾下信號時會產(chǎn)生振動共振現(xiàn)象,即存在最優(yōu)的高頻激勵幅值使得神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)對低頻弱信號的響應(yīng)達到峰值。在相同信號輸入的情況下,不同的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)參數(shù)也會對共振效果產(chǎn)生影響。對于局部輸入,化學(xué)突觸由于其選擇性耦合會對信號傳輸具有更高的效率,而通過混合突觸耦合的神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)比單一突觸耦合的網(wǎng)絡(luò)更有利于閾下信號的檢

3、測與傳輸。
　　為了模擬不同腦功能模塊間的同步機制,本文選擇Rulkov映射模型構(gòu)建了由小世界子網(wǎng)絡(luò)組成的模塊化網(wǎng)絡(luò),此網(wǎng)絡(luò)中的神經(jīng)元通過化學(xué)突觸的興奮性或抑制性方式混合連接而成。仿真結(jié)果表明網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)和參數(shù)會對神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)同步產(chǎn)生重要影響,例如子網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的耦合強度的增大會有利于同步現(xiàn)象的產(chǎn)生而子網(wǎng)絡(luò)間耦合強度的增大反而會對同步現(xiàn)象產(chǎn)生抑制,尤其是延遲時間的變化會誘導(dǎo)出明顯的同步轉(zhuǎn)遷現(xiàn)象。網(wǎng)絡(luò)中突觸的興奮抑制比也是影響同步轉(zhuǎn)遷的重