視覺皮層突觸連接網(wǎng)絡(luò)演化模擬研究.pdf

1、大腦是目前最高效、最復(fù)雜、最穩(wěn)定的系統(tǒng)之一，復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為研究大腦神經(jīng)元連接和腦區(qū)連接的新手段?，F(xiàn)有研究已經(jīng)證明大腦網(wǎng)絡(luò)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(shù)，分別對應(yīng)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(nèi)突觸連接數(shù)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(wǎng)絡(luò)高效穩(wěn)健的關(guān)鍵所在，這也為創(chuàng)建高效率低能耗的網(wǎng)絡(luò)提供

2、新的參考方法。此外，神經(jīng)系統(tǒng)中大多數(shù)的神經(jīng)連接是短的，也存在少量長程連接。導(dǎo)致出現(xiàn)這種結(jié)構(gòu)的內(nèi)在機制還不清楚，同時考慮信息傳遞步數(shù)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(jīng)元優(yōu)先連接的折衷。本文首先利用網(wǎng)絡(luò)的數(shù)學(xué)描述驗證視覺皮層網(wǎng)絡(luò)的小世界特性，在此基礎(chǔ)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(nèi)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(jù)皮層組織結(jié)構(gòu)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(shù)的數(shù)學(xué)模型。在局部和全局范圍內(nèi)對視覺皮層網(wǎng)絡(luò)進行模擬，驗證了視覺皮層網(wǎng)絡(luò)的小世界特性。
　　二、以大腦皮層網(wǎng)絡(luò)的突觸剪除機制為啟發(fā)，設(shè)計了網(wǎng)絡(luò)減邊演化算法。實驗結(jié)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(wǎng)絡(luò)會出現(xiàn)中心節(jié)點、小世界特性和高效率代價比等性質(zhì)。驗證了突觸剪除機制可能是大腦網(wǎng)絡(luò)高效性的關(guān)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