復雜網(wǎng)絡上神經(jīng)元系統(tǒng)對刺激的響應.pdf

1、神經(jīng)網(wǎng)絡對刺激的響應是腦的功能和結構研究中非常重要的問題。神經(jīng)網(wǎng)絡系統(tǒng)中不同區(qū)域之間的通訊依賴于局域網(wǎng)絡對輸入信號的響應：網(wǎng)絡的結構對于網(wǎng)絡上的動力學過程會產(chǎn)生深刻影響。本文分別研究了在全局耦合網(wǎng)絡和無標度網(wǎng)絡上神經(jīng)元群對刺激的響應，探討所產(chǎn)生的編碼行為與觸發(fā)率、突觸興奮程度和網(wǎng)絡結構的關系。 一.研究了全局耦合H-H神經(jīng)元網(wǎng)絡對動作電位刺激的響應。全局耦合神經(jīng)元網(wǎng)絡對周期動作電位刺激的響應表現(xiàn)為集體振蕩行為，神經(jīng)元群體的振蕩模

2、式構成了對刺激的時空編碼。在適當?shù)臈l件下，網(wǎng)絡的輸出能夠很好保持輸入信號的特征。其中興奮突觸比例表現(xiàn)出閾值特征，在閾值以上未受刺激神經(jīng)元表現(xiàn)出鎖頻振蕩。該閾值隨著觸發(fā)率的增大產(chǎn)生先降后升的非單調變化。觸發(fā)率的增大縮小了受刺激與未受刺激神經(jīng)元群振蕩頻率的差異，從而產(chǎn)生這兩類神經(jīng)元群對刺激的整體響應。 輸入輸出時間間隔的依賴關系表明全局耦合神經(jīng)元網(wǎng)絡的不應期大于單個神經(jīng)元的不應期。鎖頻的最小輸入時間間隔隨觸發(fā)率的增大而減小，隨興奮突

3、觸比例的增大呈先降后升的非單調變化。未受刺激神經(jīng)元群的平均活性分別隨觸發(fā)率、興奮突觸比例的增大而增大，到一定值出現(xiàn)飽和現(xiàn)象。未受刺激神經(jīng)元群的活性同步程度隨興奮突觸比例的增大而先降后升地非單調變化。從未受刺激神經(jīng)元群的1:1鎖頻的最小輸出時間間隔、平均活性和活性同步程度三個方面綜合分析，興奮突觸與抑制突觸均衡最有利于信號的編碼和傳播。 二．研究了具有無標度屬性的神經(jīng)元網(wǎng)絡對刺激的響應。所出現(xiàn)的神經(jīng)元群的鎖頻振蕩、興奮突觸比例的閾

4、值特性等與全局耦合神經(jīng)元網(wǎng)絡有類似的性質。在下列方面反映出網(wǎng)絡結構對響應行為有明顯影響： 無標度神經(jīng)元網(wǎng)絡存在平均度的閾值行為，在閾值以上未受刺激神經(jīng)元表現(xiàn)出鎖頻振蕩。該閾值隨興奮突觸比例的增大而減小。當突觸全部處于興奮的狀態(tài)時，全局耦合網(wǎng)絡中未受刺激神經(jīng)元群可以實現(xiàn)精確時刻編碼，而無標度網(wǎng)絡中未受刺激神經(jīng)元群也只能出現(xiàn)部分神經(jīng)元精確時刻編碼。無標度網(wǎng)絡出現(xiàn)1:1鎖頻振蕩需要比全局耦合網(wǎng)絡更大的興奮突觸比例和觸發(fā)率。觸發(fā)率、興奮

5、突觸比例和網(wǎng)絡平均度的增大，都促進未受刺激神經(jīng)元群中更多的神經(jīng)元參與編碼，使神經(jīng)元群的平均活性增大。無標度網(wǎng)絡的活性同步程度在不同的參數(shù)范圍內可高于或低于全局耦合網(wǎng)絡的同步程度。 此外，關于無標度Hopfield神經(jīng)網(wǎng)絡模式識別的問題，研究了網(wǎng)絡尺度的影響。發(fā)現(xiàn)在模型的儲存模式的數(shù)目P與網(wǎng)絡尺度N的比值P/N<1/10的條件下，網(wǎng)絡對受污模式做出響應達到穩(wěn)態(tài)后，這個模式與原模式的重疊(overlap)隨網(wǎng)絡平均度變化的規(guī)律與網(wǎng)絡