突觸對(duì)神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)共振的調(diào)控機(jī)制研究.pdf

1、大腦中大量不同種類的神經(jīng)元通過突觸連接構(gòu)成復(fù)雜的神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)，以完成腦的高級(jí)功能。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的共振是神經(jīng)信息傳導(dǎo)和編碼解碼的重要機(jī)制。突觸及其可塑性對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和功能具有重要影響。因此，本文構(gòu)建小世界網(wǎng)絡(luò)，研究突觸對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)共振的調(diào)控作用。
　　本文首先構(gòu)建具有電突觸和化學(xué)突觸的混合突觸小世界神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)，研究不同突觸對(duì)隨機(jī)共振的影響。研究表明：（1）化學(xué)突觸比電突觸易于誘發(fā)網(wǎng)絡(luò)的隨機(jī)共振，隨著化學(xué)突觸概率的增大，發(fā)生共振所需的噪聲強(qiáng)度逐

2、漸降低，且共振強(qiáng)度明顯減弱。證明了化學(xué)突觸有利于神經(jīng)元對(duì)弱信號(hào)的檢測(cè)，而電突觸更有利于網(wǎng)絡(luò)中弱信號(hào)的傳導(dǎo)。（2）時(shí)滯是神經(jīng)系統(tǒng)的固有屬性，神經(jīng)元之間的信息傳遞延時(shí)能夠引發(fā)小世界網(wǎng)絡(luò)的多重隨機(jī)共振，當(dāng)時(shí)滯為輸入信號(hào)周期的整數(shù)倍時(shí)，網(wǎng)絡(luò)共振得到明顯增強(qiáng)。（3）小世界網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)對(duì)系統(tǒng)隨機(jī)共振特性有重要影響，適當(dāng)提高網(wǎng)絡(luò)的隨機(jī)性，能夠增強(qiáng)神經(jīng)系統(tǒng)對(duì)微弱信號(hào)的檢測(cè)和傳遞能力。
　　本文然后基于Hebb學(xué)習(xí)機(jī)制，構(gòu)建自適應(yīng)小世界神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，研究活

3、動(dòng)時(shí)序依賴性可塑性（spike-timing-dependent plasticity，STDP）對(duì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和動(dòng)力學(xué)的影響。研究表明：（1）STDP能夠依據(jù)突觸前、后神經(jīng)元的放電時(shí)刻調(diào)節(jié)它們之間耦合強(qiáng)度，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)的平均耦合強(qiáng)度減弱，最終降低神經(jīng)元集群放電的同步性和規(guī)則性。（2）對(duì)STDP調(diào)制的小世界網(wǎng)絡(luò)施加弱低頻刺激，當(dāng)存在適當(dāng)強(qiáng)度的噪聲時(shí)會(huì)誘發(fā)系統(tǒng)產(chǎn)生隨機(jī)共振現(xiàn)象。由于STDP的調(diào)節(jié)作用使得網(wǎng)絡(luò)中部分突觸連接強(qiáng)度增強(qiáng)，且系統(tǒng)對(duì)弱信號(hào)的