生物神經(jīng)網(wǎng)絡中的模式涌現(xiàn)及信息傳輸能力研究.pdf

1、20世紀90年代以來，以Intemet為代表的信息技術的迅猛發(fā)展使人類社會大步邁向了網(wǎng)絡時代。從因特網(wǎng)到萬維網(wǎng)，從大型電力網(wǎng)絡到全球交通網(wǎng)絡，從生物體中的大腦到各種新陳代謝網(wǎng)絡、基因調控網(wǎng)絡，從科研合作網(wǎng)絡到各種政治、經(jīng)濟、社會關系網(wǎng)絡等?？傊?，當今時代是一個網(wǎng)路時代，網(wǎng)絡與人類的生活息息相關，無處不在，并且表現(xiàn)形式紛繁蕪雜。
　　作為自然科學領域的研究熱點，復雜網(wǎng)絡引起了數(shù)學、物理、化學、信息、經(jīng)濟、社會等領域研究人員的關注。復

2、雜網(wǎng)絡所研究的內容是各種看上去互不相同的復雜網(wǎng)絡之間的共性和處理它們的普適方法。
　　細胞通信網(wǎng)絡由于其使生物體不同組成部分協(xié)同合作、廣泛存在于所有生物之中而成為最復雜、最重要的網(wǎng)絡之一。毫無疑問，在各類細胞通信中最讓人感興趣的莫過于大腦細胞——神經(jīng)元網(wǎng)絡。
　　揭示動物和人類的行為、感知的本質原因一直以來是大腦研究的主要挑戰(zhàn)。研究人員認為這些行為與神經(jīng)元的連接方式有關(神經(jīng)元間物理連接及神經(jīng)元網(wǎng)絡拓撲結構)。
　　本

3、文簡述了復雜網(wǎng)絡理論的研究歷史、研究進展、網(wǎng)絡拓撲結構、建立的模型性質等，并將其應用于神經(jīng)元網(wǎng)絡研究中。利用復雜網(wǎng)絡建模方法得到神經(jīng)元網(wǎng)絡中不同模式神經(jīng)元的膜電勢對實際腦電波信號逼近，觀察在不同的模式數(shù)量及同模式神經(jīng)元數(shù)量在不同耦合強度下對測量大腦皮層腦電信號的逼近效果。模擬的結果顯示，只有當神經(jīng)元網(wǎng)絡節(jié)點間處于相對很弱的耦合強度下才有可能模擬出真實的腦電波信號。此時的神經(jīng)元模式具有無限多的周期，可能對應著大腦記憶模式及情感變化的多樣性

4、。這恰好滿足了2012年研究人員提出的在弱耦合網(wǎng)絡中普遍存在一種CAS(Collective Almost Synchronization)現(xiàn)象，即大部分神經(jīng)元節(jié)點處于混沌狀態(tài)，小部分神經(jīng)元節(jié)點處于周期狀態(tài)。如果大腦是以神經(jīng)元問非常小的耦合強度形成非常多的可能記憶模式，那么CAS現(xiàn)象提供了一個可能的解釋。
　　在研究了大腦可能處于CAS模式的基礎上，分析了腦神經(jīng)元網(wǎng)絡處于不同耦合強度下具有的平均信息熵和互信息量情況，并分析了對于固