發(fā)布時間：2017-05-25 14:16

  本文關鍵詞：基于突觸可塑性的興奮性—抑制性平衡及放電率自穩(wěn)態(tài)機制研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：大腦皮層神經元輸入包括興奮性和抑制性突觸電流,二者的平衡在皮層神經元及神經網絡的穩(wěn)定性和信息處理調控中起到關鍵作用。神經元放電率自穩(wěn)態(tài)是神經電活動的典型特征,是神經信息整合、調整、傳遞的基礎,其有助于深入了解大腦皮層的功能機制。大量實驗研究表明突觸可塑性是大腦皮層建立和維持興奮性和抑制性平衡及神經元放電率自穩(wěn)態(tài)的重要途徑,但其具體機制仍不清楚、有待進一步探明�；谝陨媳尘�,本文構建反饋神經回路模型,并在模型中引入突觸可塑性,通過該模型研究基于突觸可塑性的神經元興奮性-抑制性平衡以及放電率自穩(wěn)態(tài)機制。本文首先建立了具有興奮性和抑制性反饋回路的神經回路模型,模型主要由前向通路及興奮性與抑制性反饋回路構成,同時在模型中引入了突觸可塑性。模型中的神經元采用Leaky Integrate-and-Fire(LIF)神經元模型的實現(xiàn)形式,突觸可塑性采用放電時刻依賴的可塑性規(guī)則(spike-timing-dependent plasticity,STDP)�；趩蝹�神經元的LIF數(shù)學機理和突觸可塑性模型的基本原理實現(xiàn)了反饋神經回路模型,并依據(jù)神經解剖學數(shù)據(jù)確定模型中相關參數(shù)值。應用反饋神經回路模型研究基于突觸可塑性的神經元興奮性和抑制性突觸電流平衡問題。首先分別采用興奮性突觸電流與抑制性突觸電流之和、興奮性突觸電流絕對值和抑制性突觸電流散點圖、興奮性突觸電流絕對值與抑制性突觸電流比值等方法對興奮性-抑制性平衡進行定量研究,研究結果表明在突觸可塑性的調控下神經元興奮性和抑制性突觸電流可實現(xiàn)精確的平衡。然后研究了神經元興奮性-抑制性平衡的魯棒性問題,研究表明在存在輸入干擾或參數(shù)擾動的情況下,神經元仍能維持其興奮性-抑制性平衡,表明神經元興奮性-抑制性平衡具有很強的魯棒性。最后初步分析了基于抑制性突觸可塑性的神經元興奮性-抑制性平衡機制。應用反饋神經回路模型研究基于突觸可塑性的神經元放電率自穩(wěn)態(tài)問題。首先采用前向通路神經元膜電位和放電率統(tǒng)計分析的方法對神經元放電率自穩(wěn)態(tài)特性進行定量分析;研究表明在突觸可塑性的調控下,神經元的實際放電率等于目標放電率,呈現(xiàn)明顯的放電率自穩(wěn)態(tài)特性。然后研究了神經元放電率自穩(wěn)態(tài)特性的魯棒性問題,表明在存在輸入干擾或參數(shù)擾動的情況下,神經元仍能維持目標放電率。其次從突觸可塑性的學習規(guī)則入手,定量分析了放電率自穩(wěn)態(tài)機制,解釋了神經元實際放電率等于目標放電率的原因和放電率的變化過程。最后定性分析了神經元興奮性-抑制性平衡與放電率自穩(wěn)態(tài)之間的關系,表明神經元的興奮性和抑制性平衡與放電率自穩(wěn)態(tài)之間存在內在聯(lián)系,表明二者的機制在本質是相同的。討論部分的研究表明,對于興奮性與抑制性突觸均具有可塑性的情況,當抑制性突觸學習率大于興奮性突觸學習率時神經元才可取得興奮性-抑制性平衡及放電率自穩(wěn)態(tài);如果突觸不具有可塑性,僅依靠反饋結構神經元并不能取得較精確的興奮性-抑制性平衡及神經元放電率自穩(wěn)態(tài);反饋回路中興奮性和抑制性神經元數(shù)目越多越有利于取得較精確的興奮性-抑制性平衡及放電率自穩(wěn)態(tài);突觸可塑性參數(shù)值對神經元取得興奮性-抑制性平衡及放電率自穩(wěn)態(tài)的動態(tài)響應速度具有明顯的影響。本文的研究表明,突觸可塑性是神經元實現(xiàn)興奮性-抑制性平衡及放電率自穩(wěn)態(tài)的重要機制。興奮性-抑制性平衡及放電率自穩(wěn)態(tài)是神經科學領域的核心科學問題,本文的研究對于理解興奮性-抑制性平衡和放電率自穩(wěn)態(tài)具有重要的參考價值。
【關鍵詞】：反饋神經回路 突觸可塑性 興奮性抑制性平衡 放電率自穩(wěn)態(tài) 魯棒性
【學位授予單位】：天津醫(yī)科大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：R338
【目錄】：

• 中文摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 前言10-17
• 1.1 研究背景10-15
• 1.1.1 興奮性和抑制性平衡10-12
• 1.1.2 放電率自穩(wěn)態(tài)12-15
• 1.2 研究目的、創(chuàng)新點15-17
• 第2章 研究對象與方法17-29
• 2.1 反饋神經回路模型17-26
• 2.1.1 模型結構17-19
• 2.1.2 神經元模型19-21
• 2.1.3 抑制性突觸可塑性模型21-24
• 2.1.4 興奮性突觸可塑性模型24-26
• 2.2 方法26-29
• 第3章 研究結果29-52
• 3.1 興奮性與抑制性平衡29-39
• 3.1.1 主要結果29-33
• 3.1.2 興奮性-抑制性平衡的魯棒性分析33-39
• 3.1.2.1 輸入干擾時的魯棒性分析33-36
• 3.1.2.2 參數(shù)擾動時的魯棒性分析36-39
• 3.1.3 興奮性-抑制性平衡機制39
• 3.2 放電率自穩(wěn)態(tài)39-51
• 3.2.1 主要結果39-46
• 3.2.2 放電率自穩(wěn)態(tài)的魯棒性分析46-49
• 3.2.2.1 輸入干擾時的魯棒性分析46
• 3.2.2.2 參數(shù)擾動時的魯棒性分析46-49
• 3.2.3 放電率自穩(wěn)態(tài)機制49-51
• 3.3 興奮性-抑制性平衡與放電率自穩(wěn)態(tài)的關系51-52
• 第4章 討論與結論52-68
• 4.1 討論52-66
• 4.1.1 興奮性與抑制性突觸均具有可塑性52-56
• 4.1.2 突觸無可塑性56-58
• 4.1.3 反饋回路神經元個數(shù)的影響58-60
• 4.1.4 模型參數(shù)的影響60-64
• 4.1.5 抑制性突觸強度演化過程64-66
• 4.2 結論66
• 4.3 展望66-68
• 參考文獻68-74
• 發(fā)表論文和參加科研情況說明74-75
• 綜述75-88
• 綜述參考文獻84-88
• 致謝88

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本文編號：393994