基于類Hopfield網(wǎng)絡(luò)的海馬CA3區(qū)聯(lián)想記憶功能障礙的建模與仿真.pdf

1、研究目的:研究在某些神經(jīng)系統(tǒng)疾病(如阿爾茲海默)中出現(xiàn)的突觸缺失和突觸補(bǔ)償現(xiàn)象對(duì)記憶腦區(qū)海馬CA3區(qū)的自聯(lián)想記憶功能和異聯(lián)想記憶功能的影響。本論文的研究對(duì)象是與記憶相關(guān)的關(guān)鍵腦區(qū)海馬CA3區(qū)的功能神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò),在不同突觸缺失水平和突觸補(bǔ)償水平下,期望通過(guò)比較所建模型的性能、CA3區(qū)功能神經(jīng)元的集群放電模式的變化以及其平均放電頻率的變化來(lái)反映突觸缺失和突觸補(bǔ)償對(duì)海馬CA3區(qū)的兩種聯(lián)想記憶功能的影響。
　　 研究方法:
　　

2、1.建立類Hopfield神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型,并在MATLAB平臺(tái)下仿真在正常情況下該模型的性能,其自聯(lián)想記憶功能和異聯(lián)想記憶功能以及計(jì)算出模型中神經(jīng)元的平均放電頻率。根據(jù)海馬CA3區(qū)的解剖結(jié)構(gòu)及其內(nèi)部突觸連接特性,建立了一個(gè)三層的類Hopfield神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。其中模型中的神經(jīng)元用Izhikevich神經(jīng)元描述,各神經(jīng)元之間通過(guò)Hebbian法則采用全連接的方式連接。所建模型中的260個(gè)神經(jīng)元被分為三組(1-80,81-180,181-26

3、0),分別表示CA3a區(qū),CA3b區(qū)和CA3c區(qū)。其中這三個(gè)區(qū)的神經(jīng)元都有遞歸軸突,CA3b區(qū)通過(guò)突觸與CA3a區(qū)和CA3b區(qū)連接,但CA3a區(qū)和CA3c區(qū)之間沒(méi)有直接的突觸連接。記憶由模型中神經(jīng)元放電序列的模式來(lái)表示,不同的模式表示不同的記憶。
　　 2.通過(guò)隨機(jī)減小神經(jīng)元之間連接權(quán)值的大小實(shí)現(xiàn)突觸缺失,并用MATLAB平臺(tái)仿真在這種情形下模型的性能、自聯(lián)想記憶功能和異聯(lián)想記憶功能以及計(jì)算出模型中神經(jīng)元的平均放電頻率。

4、　　 3.通過(guò)給連接權(quán)值乘以一個(gè)補(bǔ)償因子來(lái)實(shí)現(xiàn)突觸補(bǔ)償,并仿真在該情形下模型的性能、自聯(lián)想記憶功能和異聯(lián)想記憶功能以及計(jì)算出模型中神經(jīng)元的平均放電頻率。
　　 4.分別對(duì)上述三種情況下模型的性能、聯(lián)想記憶功能及模型神經(jīng)元的平均放電頻率進(jìn)行了比較,得出了以下結(jié)果與結(jié)論。
　　 研究結(jié)果:
　　 1.所建立的表示海馬CA3區(qū)的三層類Hopfield神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型不僅具有自聯(lián)想記憶功能,也具有異聯(lián)想記憶功能。
　

5、　 2.隨著突觸缺失水平的增加,網(wǎng)絡(luò)的性能降低,模型的兩種聯(lián)想記憶能力下降,神經(jīng)元的平均放電頻率下降。
　　 3.在突觸補(bǔ)償情況下,隨著補(bǔ)償水平的增加,網(wǎng)絡(luò)的性能逐漸增大,模型的兩種聯(lián)想記憶能力提高,神經(jīng)元的平均放電頻率也逐漸增大。
　　 研究結(jié)論:
　　 1.類Hopfield神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型可以有效的仿真海馬CA3區(qū)的兩種聯(lián)想記憶功能。
　　 2.在某些神經(jīng)系統(tǒng)疾病(如阿爾茲海默)中出現(xiàn)的突觸缺失不僅會(huì)