神經(jīng)元膜電位的放電活動是神經(jīng)編碼的基礎(chǔ).然而,目前對于神經(jīng)元電活動對神經(jīng)信息的編碼方式,至今尚未形成一個完整的認(rèn)識.傳統(tǒng)的編碼理論認(rèn)為神經(jīng)系統(tǒng)以離散的動作電位放電序列進(jìn)行信息的表達(dá)和傳遞,主要研究動作電位的發(fā)放頻率和放電活動的時間模式.基于該理論,對神經(jīng)元放電序列所攜帶的信息已經(jīng)出現(xiàn)了一些定量的計算方法,但這些方法還很難應(yīng)用到大規(guī)模神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的計算當(dāng)中.本研究以神經(jīng)元的膜電位為研究對象,展示了如何量化膜電位序列所攜帶的信息,并將該計算結(jié)果與傳統(tǒng)放電序列方法的計算結(jié)果進(jìn)行了對比分析,其結(jié)果取得了很好的一致性.本研究為神經(jīng)活動信息量的定量計算提供了一種新的思路和方法. 

【文章來源】：動力學(xué)與控制學(xué)報. 2020,18(01)

【文章頁數(shù)】：9 頁

【部分圖文】：

Wang-Zhang神經(jīng)元生物物理模型

其中,d1m,d2m,d3m,d4m,d5m,d6m可由文獻(xiàn)[25]得到.第(4)式是用能量方法得到的動作電位,其數(shù)值解如圖2的上圖所示.將(4)式的解析解代入第m個神經(jīng)元的功率表達(dá)式(5)式中,可得到如圖2的下圖所示的功率Pm.

本文假設(shè)的皮層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖3所示.其中每個神經(jīng)元的動力學(xué)特性都來自于上述的Wang-Zhang模型,因此該網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)被嚴(yán)格地定義在神經(jīng)生物學(xué)的基礎(chǔ)之上.大腦皮層神經(jīng)元連接的解剖學(xué)結(jié)構(gòu)表明,任意腦區(qū)內(nèi)部的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)如果不考慮功能性連接,那么網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部就是一個全連接的結(jié)構(gòu)性神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),如皮層功能柱[28,29].如果把皮層功能柱看作是一個封閉系統(tǒng),為簡單起見,截取該封閉系統(tǒng)內(nèi)部的一個局部區(qū)域,那么該區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以由如圖3所示的結(jié)構(gòu)性神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來表達(dá).圖3為15個興奮性神經(jīng)元構(gòu)成的一個全連接結(jié)構(gòu)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),圖中各個神經(jīng)元之間的連接線表示它們是相互耦合的,但任意兩個神經(jīng)元之間的耦合強(qiáng)度都互不相同,而且神經(jīng)元兩兩之間的耦合強(qiáng)度也是互不對稱的.根據(jù)突觸可塑性原理[30,31],來自實(shí)驗(yàn)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明神經(jīng)元之間突觸耦合強(qiáng)度的取值范圍服從均勻分布[32].記耦合強(qiáng)度為如下矩陣:

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]分?jǐn)?shù)階動力學(xué)的分析力學(xué)方法及其應(yīng)用[J]. 羅紹凱.  動力學(xué)與控制學(xué)報. 2019(05)
[2]時滯切換不確定神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的指數(shù)穩(wěn)定性[J]. 薛煥斌,張繼業(yè).  動力學(xué)與控制學(xué)報. 2018(01)



本文編號：3118489