突觸可塑性對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的影響.pdf

1、眾所周知，學(xué)習(xí)與記憶是中樞神經(jīng)系統(tǒng)中最重要的高級認(rèn)知功能之一.人和動物通過學(xué)習(xí)與記憶，并根據(jù)自身經(jīng)驗主動改變自身行為以適應(yīng)不斷變化的外界環(huán)境.因此，學(xué)習(xí)與記憶的神經(jīng)基礎(chǔ)被認(rèn)為是腦科學(xué)研究中的一個核心問題.現(xiàn)在普遍認(rèn)為，學(xué)習(xí)與記憶是通過神經(jīng)元的突觸可塑性這一機制來實現(xiàn)的.深入研究突觸可塑性對了解學(xué)習(xí)與記憶性具有至關(guān)重要的作用.
　　實際上，神經(jīng)元是處在一個復(fù)雜的環(huán)境中的，不僅接收著外界各種各樣的刺激，同時受到不同形式和強度的噪聲，其

2、中主要的噪聲為通道噪聲.通常我們理解噪聲對系統(tǒng)或神經(jīng)元本身的規(guī)律性起到破壞作用，但是經(jīng)過大量研究證明合適強度的噪聲對系統(tǒng)的規(guī)律性起一定的積極作用，它能夠改變神經(jīng)元的發(fā)放情況，自發(fā)動作電位的產(chǎn)生和發(fā)放時間的可靠性和精度等.因此，對噪聲的研究對了解神經(jīng)元的特性具有格外重要的意義.
　　本文主要研究通道噪聲和突觸可塑性對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的影響，主要通過觀察神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)放率、同步性、變異性以及突觸效能的變化，并結(jié)合生物意義解釋其內(nèi)在的活動機制.對

3、于突觸可塑性，本文分別研究了短時程以及長時程突觸可塑性.
　　第一部分考慮短時程突觸可塑性.首先給出短時程突觸可塑性模型—UR模型，并結(jié)合隨機HH神經(jīng)元構(gòu)成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò).在不同膜面積下改變抑制和易化衰退速率觀察其對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的影響，以及改變釋放概率的基準(zhǔn)值.發(fā)現(xiàn)易化強度越強越能夠促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)的同步;相對地，抑制強度越強會破壞網(wǎng)絡(luò)的規(guī)律性.通道噪聲達(dá)到一定強度能夠促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)的同步.隨后，在通道噪聲下對網(wǎng)絡(luò)中神經(jīng)元加入不同強度Possion刺激，

4、發(fā)現(xiàn)易化與短期記憶性有關(guān).經(jīng)試驗發(fā)現(xiàn)在適當(dāng)噪聲下外界刺激強度越強，記憶成功的概率越高并且信息存儲的時間越長.其次給出基于鈣離子調(diào)控的模型—FD模型.觀察鈣離子在突觸信息傳導(dǎo)中所起到的作用，并與UR模型進(jìn)行比較.
　　第二部分結(jié)合NMDA受體調(diào)節(jié)長時程突觸可塑性的機制建立突觸模型.當(dāng)2個興奮性神經(jīng)元單突觸連接時，首先在無外界刺激下，觀察膜面積與囊泡釋放概率的變化關(guān)系.其次，根據(jù)相關(guān)實驗進(jìn)行數(shù)值模擬.分別對突觸前后神經(jīng)元加入周期型輸入

5、，考慮改變刺激強度，刺激次數(shù)以及突觸前后刺激的時間間隔觀察囊泡釋放概率的變化.同時，對突觸前后神經(jīng)元加入不同強度Possion刺激.接著考慮突觸前神經(jīng)元分別為興奮性與抑制性神經(jīng)元時，加入不同強度的周期刺激或Possion刺激，觀察神經(jīng)元的發(fā)放率、變異系數(shù)、同步指數(shù)和囊泡平均釋放率的變化.比較刺激類型，發(fā)現(xiàn)若加入的為周期型刺激，神經(jīng)元會在60Hz處出現(xiàn)共振現(xiàn)象.比較突觸前神經(jīng)元的類型，若為興奮性神經(jīng)元時，釋放的神經(jīng)遞質(zhì)會激活NMDA受體，