復雜網絡上神經元系統(tǒng)對刺激的響應.pdf

1、神經網絡對刺激的響應是腦的功能和結構研究中非常重要的問題。神經網絡系統(tǒng)中不同區(qū)域之間的通訊依賴于局域網絡對輸入信號的響應：網絡的結構對于網絡上的動力學過程會產生深刻影響。本文分別研究了在全局耦合網絡和無標度網絡上神經元群對刺激的響應，探討所產生的編碼行為與觸發(fā)率、突觸興奮程度和網絡結構的關系。 一.研究了全局耦合H-H神經元網絡對動作電位刺激的響應。全局耦合神經元網絡對周期動作電位刺激的響應表現為集體振蕩行為，神經元群體的振蕩模

2、式構成了對刺激的時空編碼。在適當的條件下，網絡的輸出能夠很好保持輸入信號的特征。其中興奮突觸比例表現出閾值特征，在閾值以上未受刺激神經元表現出鎖頻振蕩。該閾值隨著觸發(fā)率的增大產生先降后升的非單調變化。觸發(fā)率的增大縮小了受刺激與未受刺激神經元群振蕩頻率的差異，從而產生這兩類神經元群對刺激的整體響應。 輸入輸出時間間隔的依賴關系表明全局耦合神經元網絡的不應期大于單個神經元的不應期。鎖頻的最小輸入時間間隔隨觸發(fā)率的增大而減小，隨興奮突

3、觸比例的增大呈先降后升的非單調變化。未受刺激神經元群的平均活性分別隨觸發(fā)率、興奮突觸比例的增大而增大，到一定值出現飽和現象。未受刺激神經元群的活性同步程度隨興奮突觸比例的增大而先降后升地非單調變化。從未受刺激神經元群的1:1鎖頻的最小輸出時間間隔、平均活性和活性同步程度三個方面綜合分析，興奮突觸與抑制突觸均衡最有利于信號的編碼和傳播。 二．研究了具有無標度屬性的神經元網絡對刺激的響應。所出現的神經元群的鎖頻振蕩、興奮突觸比例的閾

4、值特性等與全局耦合神經元網絡有類似的性質。在下列方面反映出網絡結構對響應行為有明顯影響： 無標度神經元網絡存在平均度的閾值行為，在閾值以上未受刺激神經元表現出鎖頻振蕩。該閾值隨興奮突觸比例的增大而減小。當突觸全部處于興奮的狀態(tài)時，全局耦合網絡中未受刺激神經元群可以實現精確時刻編碼，而無標度網絡中未受刺激神經元群也只能出現部分神經元精確時刻編碼。無標度網絡出現1:1鎖頻振蕩需要比全局耦合網絡更大的興奮突觸比例和觸發(fā)率。觸發(fā)率、興奮

5、突觸比例和網絡平均度的增大，都促進未受刺激神經元群中更多的神經元參與編碼，使神經元群的平均活性增大。無標度網絡的活性同步程度在不同的參數范圍內可高于或低于全局耦合網絡的同步程度。 此外，關于無標度Hopfield神經網絡模式識別的問題，研究了網絡尺度的影響。發(fā)現在模型的儲存模式的數目P與網絡尺度N的比值P/N<1/10的條件下，網絡對受污模式做出響應達到穩(wěn)態(tài)后，這個模式與原模式的重疊(overlap)隨網絡平均度變化的規(guī)律與網絡