隨機共振與感覺信息處理的理論和實驗研究.pdf

1、該文中,我們首先用非線性動力學中的相平面法來定性地分析神經(jīng)元的閾值特性.結(jié)果表明具有明顯閾值特性的單個神經(jīng)元可被看作是一個簡單的閾值檢測器.另外,在感覺系統(tǒng)中,由于外周神經(jīng)所感受到的刺激信號總是匯聚到中樞神經(jīng),因此文中用一個加和并行網(wǎng)絡來模擬這個典型特征.用一個加和并行的Hodgkin-Huxley(HH)神經(jīng)元網(wǎng)絡模型,我們來模擬感覺系統(tǒng)中外周部分的特性.與單個HH模型相比,引起網(wǎng)絡發(fā)生隨機共振的優(yōu)化噪聲強度有一個更寬的范圍.更甚者,

2、當網(wǎng)絡中受到閾值上的信號作用時,噪聲也不降低其檢測能力.這些結(jié)果為感覺系統(tǒng)在相對固定的噪聲環(huán)境中利用隨機共振現(xiàn)象來感受外界多變的信號提供了證據(jù).從信號傳輸?shù)慕嵌瘸霭l(fā),我們用互信息和相關(guān)系數(shù)等指標研究了加和并行閾值神經(jīng)元網(wǎng)絡中的隨機共振現(xiàn)象.從仿真結(jié)果中,除了能觀察到傳統(tǒng)的閾值下隨機共振,還能觀察到閾值上隨機共振(SSR)現(xiàn)象,也就是說即使輸入信號處于閾值上,噪聲也能增強信息傳遞率和輸入輸出信號的匹配程度.根據(jù)心理物理學中的信號檢測理論,

3、檢測器的接收器和分類器可以作為描述感覺系統(tǒng)中的外周部分和中樞部分(如大腦)的模型.基于此,首先考慮了在神經(jīng)中樞中的隨機共振現(xiàn)象.與以往用此方法研究這種現(xiàn)象不同的是,我們用泊松神經(jīng)元來構(gòu)成概率模型.其次,與以往模型中把接收器部分看作是線性模型或單個非線性系統(tǒng)不同,我們用加和并行的閾值神經(jīng)元網(wǎng)絡來模擬接收器部分.仿真結(jié)果表明,百分比正確率和感受性指標都出現(xiàn)了隨機共振現(xiàn)象.最后我們做了與這兩個指標相對應心理物理學實驗——單擇一的強迫選擇法和二