【摘要】：蝙蝠等動物的神經(jīng)系統(tǒng)能完成回聲定位,從而確定障礙物方位。為了研究神經(jīng)系統(tǒng)的實現(xiàn)過程,以單個神經(jīng)元的信息編碼為基礎,從Izhikevich神經(jīng)元模型出發(fā),將經(jīng)過神經(jīng)元模型作用后得到的神經(jīng)脈沖序列,經(jīng)過圓映射理論和符號動力學分析,轉(zhuǎn)換成符號序列。通過分析輸入兩耳的有相位差的脈沖與輸出的符號序列之間的關系,從而得到生物回聲定位的機理。
【圖文】：

時間參考）Fig.1Circlemap(outputspikesequenceisδi,,inputspikesequenceisriandasareference)這里以方波作為輸入信號，作用于Izhikevich神經(jīng)元模型，得到如圖2所示一串不規(guī)則的輸出脈沖序列。將輸出的脈沖序列根據(jù)上面介紹的圓映射方法處理，得到θn和θn+1之間的關系，如圖3所示�？梢钥闯鼋�(jīng)過Izhikevich模型作用后輸出脈沖的圓映射是一個非常好的“良序”映射，這也符合H-H模型的圓映射的規(guī)律。雖然這兩個模型的圓映射曲線有所不同，但是我們關心的是函數(shù)曲線的單調(diào)性而不是具體的形狀。圖2輸出脈沖序列隨輸入脈沖變化圖Fig.2Therelationshipbetweeninputspikesequenceandoutputspikesequence圖3輸入脈沖周期為5.0ms時，神經(jīng)元輸出的圓映射圖。圖中取相對坐標σ=θiτ，其中τ為輸入信號周期（圖中的小圓點是在計算時的初值點）Fig.3Circlemapdiagramoftheneuronfiringwithinputspikefrequencyτ=5.0ms.Relativecoordinatesareusedandσ=θiτ(Thedotindicatestheinitialvalue)1.3符號動力學分析經(jīng)過Izhikevich模型后輸出的脈沖序列的圓映射是一良序映射，可以取出相應的符號序列。因為符號序列的排序更簡單。根據(jù)文獻[2]中描述取符號的方法具體如下：有一串不規(guī)則的輸出脈沖序列η=δ0δ1δ2δi（6）按以下規(guī)則取符號：傅曉婕等.基于神經(jīng)編碼的生物回聲定位研究119

鈏械拇鄌ニ俁卻蟾盼?40m/s，如果聲音頻率為1000Hz，那么波長周期為0.34m，而一般動物雙耳間距離在2~30cm之間，就是說聲波到達兩耳間距在一個波長之內(nèi)，也就是在一個周期之內(nèi)。這樣就把回聲定位中到達兩耳之間的時間差轉(zhuǎn)換成了相位差。如障礙物在兩耳的正中間，那么反射波到達兩耳的相位差就為零�，F(xiàn)在我們用計算機來模擬生物聲納系統(tǒng)的回聲定位功能，如圖4所示。當障礙物反射回來的聲波到達左右兩耳時，兩耳分別接收到一串由聲音產(chǎn)生的脈沖序列L和R，L和R刺激神經(jīng)元Neuron，，使神經(jīng)元產(chǎn)生一個響應輸出脈沖C。圖2輸入信號是具有相位差的兩串脈沖序列的神經(jīng)系統(tǒng)Fig.2Neuralsystemcomputingthephasedifferenceoftwospikesequence由于兩耳聽到的聲音來自同一聲源，所以L和R的輸入脈沖序列是相同的，但是它們之間存在相位差。如果相位差為零，則表示聲源來自正前方。當L和R的相位差發(fā)生變化時，輸出脈沖C也會產(chǎn)生變化，這樣就可以根據(jù)輸出脈沖C的信息來判斷輸入兩脈沖的相位差。這里采用Izhikevich模型來模擬生物神經(jīng)元，輸入脈沖分別考慮單頻和變頻兩種情況。2.1輸入脈沖為單頻率假設輸入脈沖L和R是等周期的脈沖序列，當輸入脈沖頻率不變，相位差變化時，將輸出的脈沖序列轉(zhuǎn)成符號序列，觀察與相位差之間的變化關系。相位差σ=2π(Δt/τ)，其中Δt為兩串輸入脈沖L和R實際的時間差，τ是輸入脈沖周期。（1）兩串等周期的輸入脈沖L、R的周期T為1.6ms，即頻率為625Hz。相位差σ取不同值時，將輸出脈沖取符號序列得到表1。（2）兩串等周期的輸入脈沖L、R的周期T為3.0ms，相位差σ取不同值時的情況如表2。以上實驗數(shù)據(jù)表明，當輸入脈沖周期不變時，隨著兩輸入脈沖相位差σ增大，輸出脈沖的符號序列

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2 劉昊;石紅艷;樊清平;陳萬逸;黎彬彬;;斑蝠(Scotomanes ornatus)回聲定位聲波特征[J];綿陽師范學院學報;2011年02期

3 曾庚鑫;張龍;賴國忠;;蝙蝠回聲定位叫聲的時頻分析[J];龍巖學院學報;2007年06期

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