本論文主要研究通道中毒對(duì)自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)動(dòng)力學(xué)行為的影響。本文選擇具有與放電時(shí)間相關(guān)的可塑性(spike-timing-dependent plasticity,STDP)自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),研究離子通道噪聲和通道中毒對(duì)不同網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中神經(jīng)元放電活動(dòng)相干性和同步性的影響。由于通道中毒會(huì)影響神經(jīng)細(xì)胞中可工作的離子通道數(shù)量,而通道噪聲強(qiáng)度與離子通道數(shù)量相關(guān),因此我們先研究了通道噪聲作用下,不同網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)動(dòng)力學(xué)行為。研究發(fā)現(xiàn):1、在時(shí)滯無(wú)標(biāo)度Scale–Free(SF)隨機(jī)Hodgkin–Huxley(HH)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中,一定通道噪聲范圍內(nèi),神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間相干性受通道噪聲強(qiáng)度的影響。當(dāng)通道噪聲強(qiáng)度太小或太大時(shí),時(shí)間相干性隨著通道噪聲強(qiáng)度的增加而單調(diào)減小。然而,對(duì)于中間值的通道噪聲強(qiáng)度,隨通道噪聲強(qiáng)度變化,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)放電呈現(xiàn)相干共振(coherence resonance,CR)現(xiàn)象。而且,這種現(xiàn)象與神經(jīng)元耦合強(qiáng)度和網(wǎng)絡(luò)平均連接度有關(guān),當(dāng)它們?nèi)『线m的值時(shí),CR現(xiàn)象會(huì)變得更顯著。該結(jié)果表明,通道噪聲可以通過(guò)誘導(dǎo)CR來(lái)增強(qiáng)時(shí)滯神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間相干性。2、在自適應(yīng)時(shí)滯SF隨機(jī)HH神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中,通道噪聲強(qiáng)度能夠增強(qiáng)時(shí)滯誘導(dǎo)的同步轉(zhuǎn)遷(Synchronization Transitions,ST)現(xiàn)象,當(dāng)通道噪聲強(qiáng)度最佳時(shí),同步變化最明顯。這種現(xiàn)象取決于STDP的調(diào)解率和網(wǎng)絡(luò)平均連接度的作用,當(dāng)網(wǎng)絡(luò)平均連接度增大時(shí),STDP的調(diào)解率可以隨著通道噪聲強(qiáng)度的改變而增強(qiáng)或者抑制ST。該結(jié)果表明,在自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中,存在最佳的通道噪聲強(qiáng)度和網(wǎng)絡(luò)平均連接度,可以增強(qiáng)時(shí)滯誘導(dǎo)的ST現(xiàn)象。這些發(fā)現(xiàn)有助于更好地理解通道噪聲對(duì)自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)同步性的調(diào)節(jié)作用。3、在自適應(yīng)Newman-Watts(NW)小世界隨機(jī)HH神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中,可以通過(guò)降低或增加STDP的調(diào)節(jié)率來(lái)增強(qiáng)或抑制通道噪聲誘導(dǎo)的CR現(xiàn)象。STDP可以改變網(wǎng)絡(luò)隨機(jī)連接概率和網(wǎng)絡(luò)大小對(duì)通道噪聲誘導(dǎo)CR的影響。在STDP的作用下,對(duì)于電耦合,存在最佳的網(wǎng)絡(luò)隨機(jī)連接概率和網(wǎng)絡(luò)大小,從而使內(nèi)在CR現(xiàn)象最強(qiáng)。而化學(xué)耦合下的內(nèi)在CR會(huì)隨著網(wǎng)絡(luò)隨機(jī)連接概率或網(wǎng)絡(luò)大小的增大而增強(qiáng),這與固定耦合強(qiáng)度的結(jié)果不同。該結(jié)果表明,STDP可以增強(qiáng)或抑制神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中通道噪聲誘導(dǎo)的CR,并且存在最佳的網(wǎng)絡(luò)隨機(jī)連接概率和網(wǎng)絡(luò)大小,從而使內(nèi)在CR現(xiàn)象達(dá)到最強(qiáng)。這些發(fā)現(xiàn)可以深入了解STDP對(duì)通道噪聲作用下自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的相干性調(diào)節(jié)作用。然后研究了通道中毒作用下的自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)動(dòng)力學(xué)行為。研究發(fā)現(xiàn):在自適應(yīng)時(shí)滯SF隨機(jī)HH神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中,通道中毒對(duì)時(shí)滯誘導(dǎo)多重CR的影響會(huì)因通道噪聲強(qiáng)度的不同而不同,適當(dāng)?shù)耐ǖ涝肼晱?qiáng)度會(huì)使多重CR現(xiàn)象變得更加顯著。K~+通道中毒能夠抑制時(shí)滯誘導(dǎo)的多重CR,而Na~+通道中毒能增強(qiáng)時(shí)滯誘導(dǎo)的多重CR,并且最佳的Na~+通道中毒值使得多重CR現(xiàn)象最為明顯。此外,STDP作用于通道中毒也會(huì)對(duì)多重CR產(chǎn)生顯著的影響。隨著STDP的調(diào)節(jié)率的增加,對(duì)于K~+通道中毒來(lái)說(shuō),存在最適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)率使得多重CR最明顯,而對(duì)于Na~+通道中毒來(lái)說(shuō),多重CR現(xiàn)象則是減弱的。這些發(fā)現(xiàn)為深入了解通道中毒在自適應(yīng)神經(jīng)系統(tǒng)信息處理中的作用提供了新的思路。
【學(xué)位單位】：魯東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類(lèi)】：R338;TP183
【部分圖文】：

1神經(jīng)細(xì)胞

圖 1.1.2 突觸結(jié)構(gòu) A 電突觸；B 化學(xué)突觸突觸具有可塑性，其特征為突觸功能的調(diào)整、形態(tài)的改變以及數(shù)目增減的能。神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)中的突觸可塑性指利用神經(jīng)科學(xué)中相關(guān)的突觸可塑性理論，結(jié)合

圖 1.1.3 動(dòng)作電位形成的離子機(jī)制在離子通道蛋白中，分子構(gòu)型變化會(huì)引起離子通道的開(kāi)放與關(guān)閉。離子通聲的隨機(jī)波動(dòng)是神經(jīng)元系統(tǒng)中噪聲的一重要來(lái)源。不同離子有自己獨(dú)立的通
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