神經(jīng)元集群Rate-score和ISI-score編碼研究.pdf

1、研究目的:本論文根據(jù)Hebb關(guān)于記憶機制的細胞集合學說:大量神經(jīng)元的協(xié)同電活動形成功能神經(jīng)元集群對外界信息(刺激)進行表達和傳遞,來編碼外界信息(刺激),提出了兩類不同的神經(jīng)元集群電活動的score編碼表達(1)在生理窗口(100ms)下的神經(jīng)元集群Rare-score編碼；(2)在小時間尺度(<20ms)上的ISI-score編碼,實現(xiàn)了這兩種編碼方式表征神經(jīng)元集群動態(tài)電活動模式編碼刺激的計算,研究分析了兩種方法編碼刺激的效能,為研究

2、神經(jīng)元集群編碼提供支持。
　　 研究方法:
　　 1.神經(jīng)元集群電活動score編碼:提出Rare-score和ISI-score兩類神經(jīng)元集群編碼方法,實現(xiàn)了神經(jīng)計算,來表達神經(jīng)元集群電活動對外界刺激(信息)進行編碼的特征模式的動態(tài)變化:
　　 (1)神經(jīng)元集群電活動的Rate-score編碼:
　　 時間窗口為100ms,窗口移動為25ms,從初始點開始,逐個移動窗口,計算每個窗口內(nèi)的神經(jīng)元發(fā)放個數(shù),

3、通過加權(quán)系數(shù)(窗口內(nèi)的ISI的標準差SD)轉(zhuǎn)化成獲得這個窗口中Rate-score的值,將每個窗口中的Rate-score值進行歸一化處理后,構(gòu)建神經(jīng)元群體發(fā)放的動態(tài)地形圖,表達神經(jīng)元編碼刺激的動態(tài)特征模式。
　　 (2)神經(jīng)元集群電活動的ISI-score編碼:
　　 ISI-score編碼基于時空序列神經(jīng)元發(fā)放ISI序列、是神經(jīng)元集群電活動在小時間尺度上的編碼模式,可以表征神經(jīng)元集群的瞬時變化的編碼模式。
　　

4、 ①對神經(jīng)元發(fā)放時空序列中的每個神經(jīng)元的發(fā)放序列,計算其發(fā)放間隔序列ISI,應用放電間隔圖表示ISIs的分布。
　　 ②將ISI值轉(zhuǎn)換為歸一化的ISI-score值:根據(jù)群體中所有神經(jīng)元發(fā)放時空序列ISIH,選取其中最大的ISI和最小的ISI分別定義其ISI-score值為0和1,得到時空序列中每個ISI的ISI-score值；
　　 ③神經(jīng)元群體ISI地形圖的繪制:同上,移動窗口得到ISI動態(tài)地形圖,表達動態(tài)神經(jīng)元集

5、群的瞬時模式編碼刺激的。
　　 2.實驗數(shù)據(jù):實驗數(shù)據(jù)由上海復旦大學神經(jīng)生物研究所提供,為記憶事件中在陽性刺激和陰性刺激兩類過程中神經(jīng)元群體發(fā)放的10次實驗中的時空序列。在本論文中,應用以上兩類(各10次)時空序列作為實例,進行神經(jīng)元集群score編碼的研究。
　　 研究結(jié)果:以在10次重復實驗中,兩類刺激過程中的神經(jīng)元發(fā)放為例進行了兩類score編碼的結(jié)果如下:
　　 1.神經(jīng)元集群電活動Rate-score編

6、碼:
　　 (1)陰性刺激前2秒內(nèi)Rate-score值:0.53±0.13；在刺激后2秒內(nèi)的Rate-score值:0.51±0.10。
　　 (2)陽性刺激前2秒內(nèi)Rate-score值:0.38±0.06；在刺激后2秒內(nèi)的Rate-score值:0.53±0.10。
　　 2.神經(jīng)元集群電活動ISI-score編碼:
　　 (1)陰性刺激前2秒內(nèi)ISI-score值:0.59±0.07；在刺激后2秒

7、內(nèi)的Rate-score值:0.58±0.05。
　　 (2)陽性刺激前2秒內(nèi)Rate-score值:0.53±0.06；在刺激后2秒內(nèi)的Rate-score值:0.71±0.06。
　　 研究結(jié)論:本論文應用兩類score編碼方法對陽性和陰性兩類刺激過程中神經(jīng)元集群電活動的動態(tài)編碼模式進行了研究,結(jié)論如下:神經(jīng)元集群電活動的score編碼能夠表征神經(jīng)元集群對陽性刺激的編碼。
　　 (1)陰性刺激前后兩類神經(jīng)元集

8、群編碼模式:Rate-score和ISI-score編碼模式其score值沒有明顯變化；
　　 (2)陽性刺激過程中Rate-score和ISI-score編碼模式有顯著變化,在刺激后兩類score值均顯著高于刺激前的值(p<0.01)。
　　 (3)Rate-score和ISI-score可以有效編碼陽性刺激,且在10刺激過程中對編碼表征的魯棒性好。
　　 (4)ISI-score編碼能夠在小時間尺度上(<20