具有混合突觸的神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)共振與同步特性研究.pdf

1、大腦具有復(fù)雜的神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),通過接收、整合、傳導(dǎo)和輸出信息以實(shí)現(xiàn)記憶、認(rèn)知、情感、行為等各種生理功能。大腦中神經(jīng)信息的處理是通過各腦區(qū)及腦區(qū)間的協(xié)同作用完成的。神經(jīng)元之間通過化學(xué)突觸和電突觸進(jìn)行耦合構(gòu)成神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò),而共振和同步則是神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息傳遞的重要機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn),同步異常是腦功能疾病的主要體現(xiàn),對(duì)同步狀態(tài)的研究可以為腦疾病的治療提供依據(jù)。共振現(xiàn)象則對(duì)微弱閾下信號(hào)的檢測(cè)和傳遞提供了可能。
　　本文首先采用FitzHugh

2、-Nagumo神經(jīng)元模型通過混合的化學(xué)突觸和電突觸耦合構(gòu)建了具有小世界特性的神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò),研究其振動(dòng)共振現(xiàn)象。通過仿真研究發(fā)現(xiàn),對(duì)所構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)施加閾下信號(hào)時(shí)會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)共振現(xiàn)象,即存在最優(yōu)的高頻激勵(lì)幅值使得神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)對(duì)低頻弱信號(hào)的響應(yīng)達(dá)到峰值。在相同信號(hào)輸入的情況下,不同的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)參數(shù)也會(huì)對(duì)共振效果產(chǎn)生影響。對(duì)于局部輸入,化學(xué)突觸由于其選擇性耦合會(huì)對(duì)信號(hào)傳輸具有更高的效率,而通過混合突觸耦合的神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)比單一突觸耦合的網(wǎng)絡(luò)更有利于閾下信號(hào)的檢

3、測(cè)與傳輸。
　　為了模擬不同腦功能模塊間的同步機(jī)制,本文選擇Rulkov映射模型構(gòu)建了由小世界子網(wǎng)絡(luò)組成的模塊化網(wǎng)絡(luò),此網(wǎng)絡(luò)中的神經(jīng)元通過化學(xué)突觸的興奮性或抑制性方式混合連接而成。仿真結(jié)果表明網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和參數(shù)會(huì)對(duì)神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)同步產(chǎn)生重要影響,例如子網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的耦合強(qiáng)度的增大會(huì)有利于同步現(xiàn)象的產(chǎn)生而子網(wǎng)絡(luò)間耦合強(qiáng)度的增大反而會(huì)對(duì)同步現(xiàn)象產(chǎn)生抑制,尤其是延遲時(shí)間的變化會(huì)誘導(dǎo)出明顯的同步轉(zhuǎn)遷現(xiàn)象。網(wǎng)絡(luò)中突觸的興奮抑制比也是影響同步轉(zhuǎn)遷的重