神經(jīng)元的同步放電活動是神經(jīng)系統(tǒng)進(jìn)行接收信號、傳遞信號、整合信號的主要方式。近些年來,引發(fā)了科研人員的廣泛研究。神經(jīng)系統(tǒng)中充滿了噪聲,噪聲的存在影響了神經(jīng)振子集群的同步。神經(jīng)系統(tǒng)中的噪聲可分為背景噪聲和信號噪聲。其中,背景噪聲是神經(jīng)系統(tǒng)中產(chǎn)生的噪聲,而信號噪聲則是由于信號的輸入而產(chǎn)生的噪聲。本文首先介紹了神經(jīng)元的生物物理特性、簡述背景噪聲和信號噪聲的相關(guān)理論。研究建立具有外部周期刺激和混合噪聲作用下的耦合神經(jīng)振子集群的動力學(xué)模型。引入神經(jīng)振子集群的數(shù)密度,推導(dǎo)出描述神經(jīng)振子集群同步活動的相位演化方程。數(shù)值分析表明,無背景噪聲情況下,對于周期性刺激對神經(jīng)振子集群的同步放電行為有減弱的作用。對于背景噪聲、刺激強(qiáng)度和刺激頻率造成的神經(jīng)元集群同步放電動力學(xué)行為,弱信號噪聲有減弱作用,強(qiáng)信號噪聲有增益作用。背景噪聲對神經(jīng)振子集群的同步放電動力學(xué)行為具有增益作用。刺激頻率會改變神經(jīng)振子集群同步放電的周期。 

【文章來源】：合肥工業(yè)大學(xué)安徽省 211工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

郎飛結(jié)Fig2.1Theranviernode

合肥工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文6能不同可以劃分至兩大類：即化學(xué)性突觸和電突觸。化學(xué)性突觸在結(jié)構(gòu)內(nèi)含有許多囊泡結(jié)構(gòu)，此類結(jié)構(gòu)能夠釋放如乙酰膽堿的神經(jīng)遞質(zhì)。電突觸的特性相較于化學(xué)突觸較少的變化，這可以為信息傳遞提供一個較為穩(wěn)定的環(huán)境。電突觸具有雙向性使得電信號可以在其間雙向傳遞。也就是說，其還能引起神經(jīng)元集群的同步。圖2.2神經(jīng)元的基本結(jié)構(gòu)Fig2.2Thebasicstructureoftheneurons2.1.2神經(jīng)元的電學(xué)特性由神經(jīng)元的生物結(jié)構(gòu)我們可知，神經(jīng)元的電突觸可以使得電信號的傳導(dǎo)得以完成。電信號的傳導(dǎo)的基礎(chǔ)是大腦皮層中神經(jīng)元細(xì)胞膜的離子通道，其表面的特異性蛋白質(zhì)會讓不同極性的特定離子進(jìn)行跨膜運(yùn)動，這就造成了電信號的傳遞。當(dāng)刺激強(qiáng)度達(dá)到了一定的閾值，神經(jīng)元細(xì)胞的表面就會產(chǎn)生動作電位，否則就是靜息電位，這一定律被稱作全或無定律。因此，可以得知膜電位的振幅并不等于刺激的振幅。外界刺激對神經(jīng)元突觸的不斷擾動，導(dǎo)致其出現(xiàn)三種不同類型的動作電位：持續(xù)性反應(yīng)、順應(yīng)以及延遲性反應(yīng)。恒定頻率的刺激反復(fù)的刺激神經(jīng)元細(xì)胞所產(chǎn)生的反應(yīng)被稱作持續(xù)性反應(yīng)；而刺激前期是單一的動作電位，中期和后期一直是靜息電位，該類型被稱為順應(yīng)；而刺激前期沒有發(fā)生反應(yīng)，在延遲一段時(shí)間才產(chǎn)生動作電位被稱作延遲性反應(yīng)[37]。

第二章基本理論7圖2.3動作電位圖Fig2.3Theactionpotential2.1.3神經(jīng)噪聲噪聲也叫隨機(jī)力。噪聲被認(rèn)為是影響運(yùn)動的微觀力，由于這種力是隨機(jī)的，因此也叫隨機(jī)力�？茖W(xué)家們發(fā)現(xiàn)，噪聲的存在對神經(jīng)元集群同步放電運(yùn)動均具備一定的影響[38]。噪聲存在于神經(jīng)元集群同步放電作用中的每一個過程，從神經(jīng)元細(xì)胞膜上的離子通道到接收信號而產(chǎn)生的波動。且噪聲之于神經(jīng)元集群的這種作用是隨機(jī)且不可預(yù)測的。神經(jīng)元集群同步放電運(yùn)動中的噪聲按照來源一般分成兩類：即背景噪聲和信號噪聲。背景噪聲是神經(jīng)元集群自身環(huán)境所產(chǎn)生的噪聲，離子通道的開與關(guān)是隨機(jī)的，在神經(jīng)元的數(shù)量為無限時(shí)這種隨機(jī)是可以被忽略的，但在實(shí)際生活中的一個神經(jīng)元集群中的神經(jīng)元細(xì)胞均為有限的，因此產(chǎn)生了離子通道噪聲；神經(jīng)元細(xì)胞的突觸連接處由于神經(jīng)遞質(zhì)的釋放等因素而產(chǎn)生的隨機(jī)因素，被稱為突觸噪聲。除此之外還有熱噪聲、神經(jīng)遞質(zhì)的數(shù)量變化而產(chǎn)生的噪聲都被稱為背景噪聲。神經(jīng)元集群同步放電過程中產(chǎn)生的信號噪聲是神經(jīng)元集群在接收外界信號時(shí)產(chǎn)生的噪聲。神經(jīng)元在接收信號時(shí)，信號的形式和時(shí)間等的隨機(jī)性產(chǎn)生的噪聲被稱為信號噪聲。一直以來，噪聲被認(rèn)為是不利的，因?yàn)樵肼暤拇嬖谟绊懥诵畔鬟f的準(zhǔn)確性。但在最近幾年的研究發(fā)現(xiàn)，噪聲的存在會平衡異常的信號響應(yīng)，消除信號的異常尖峰是有利于神經(jīng)元信息傳遞的。噪聲被引入臨床治療神經(jīng)元異常放電，修復(fù)聽力、視力等[39-42]。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]信號噪聲下整合發(fā)放神經(jīng)元模型的隨機(jī)共振[J]. 胡欣欣,焦賢發(fā).  合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2017(08)

博士論文
[1]神經(jīng)信息處理的相變機(jī)制與神經(jīng)控制方法研究[D]. 焦賢發(fā).東華大學(xué) 2008



本文編號：3043329