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

1、大腦中大量不同種類的神經(jīng)元通過突觸連接構(gòu)成復雜的神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)，以完成腦的高級功能。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的共振是神經(jīng)信息傳導和編碼解碼的重要機制。突觸及其可塑性對神經(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)，研究不同突觸對隨機共振的影響。研究表明：（1）化學突觸比電突觸易于誘發(fā)網(wǎng)絡(luò)的隨機共振，隨著化學突觸概率的增大，發(fā)生共振所需的噪聲強度逐

2、漸降低，且共振強度明顯減弱。證明了化學突觸有利于神經(jīng)元對弱信號的檢測，而電突觸更有利于網(wǎng)絡(luò)中弱信號的傳導。（2）時滯是神經(jīng)系統(tǒng)的固有屬性，神經(jīng)元之間的信息傳遞延時能夠引發(fā)小世界網(wǎng)絡(luò)的多重隨機共振，當時滯為輸入信號周期的整數(shù)倍時，網(wǎng)絡(luò)共振得到明顯增強。（3）小世界網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)對系統(tǒng)隨機共振特性有重要影響，適當提高網(wǎng)絡(luò)的隨機性，能夠增強神經(jīng)系統(tǒng)對微弱信號的檢測和傳遞能力。
　　本文然后基于Hebb學習機制，構(gòu)建自適應(yīng)小世界神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，研究活

3、動時序依賴性可塑性（spike-timing-dependent plasticity，STDP）對網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和動力學的影響。研究表明：（1）STDP能夠依據(jù)突觸前、后神經(jīng)元的放電時刻調(diào)節(jié)它們之間耦合強度，導致網(wǎng)絡(luò)的平均耦合強度減弱，最終降低神經(jīng)元集群放電的同步性和規(guī)則性。（2）對STDP調(diào)制的小世界網(wǎng)絡(luò)施加弱低頻刺激，當存在適當強度的噪聲時會誘發(fā)系統(tǒng)產(chǎn)生隨機共振現(xiàn)象。由于STDP的調(diào)節(jié)作用使得網(wǎng)絡(luò)中部分突觸連接強度增強，且系統(tǒng)對弱信號的