背景噪声和信号噪声共同作用下神经元集群的同步放电动力学

发布时间：2021-02-20 20:51

　　神经元的同步放电活动是神经系统进行接收信号、传递信号、整合信号的主要方式。近些年来,引发了科研人员的广泛研究。神经系统中充满了噪声,噪声的存在影响了神经振子集群的同步。神经系统中的噪声可分为背景噪声和信号噪声。其中,背景噪声是神经系统中产生的噪声,而信号噪声则是由于信号的输入而产生的噪声。本文首先介绍了神经元的生物物理特性、简述背景噪声和信号噪声的相关理论。研究建立具有外部周期刺激和混合噪声作用下的耦合神经振子集群的动力学模型。引入神经振子集群的数密度,推导出描述神经振子集群同步活动的相位演化方程。数值分析表明,无背景噪声情况下,对于周期性刺激对神经振子集群的同步放电行为有减弱的作用。对于背景噪声、刺激强度和刺激频率造成的神经元集群同步放电动力学行为,弱信号噪声有减弱作用,强信号噪声有增益作用。背景噪声对神经振子集群的同步放电动力学行为具有增益作用。刺激频率会改变神经振子集群同步放电的周期。 

【文章来源】：合肥工业大学安徽省 211工程院校 教育部直属院校

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【学位级别】：硕士

【部分图文】：

郎飞结Fig2.1Theranviernode

合肥工业大学硕士学位论文6能不同可以划分至两大类：即化学性突触和电突触。化学性突触在结构内含有许多囊泡结构，此类结构能够释放如乙酰胆碱的神经递质。电突触的特性相较于化学突触较少的变化，这可以为信息传递提供一个较为稳定的环境。电突触具有双向性使得电信号可以在其间双向传递。也就是说，其还能引起神经元集群的同步。图2.2神经元的基本结构Fig2.2Thebasicstructureoftheneurons2.1.2神经元的电学特性由神经元的生物结构我们可知，神经元的电突触可以使得电信号的传导得以完成。电信号的传导的基础是大脑皮层中神经元细胞膜的离子通道，其表面的特异性蛋白质会让不同极性的特定离子进行跨膜运动，这就造成了电信号的传递。当刺激强度达到了一定的阈值，神经元细胞的表面就会产生动作电位，否则就是静息电位，这一定律被称作全或无定律。因此，可以得知膜电位的振幅并不等于刺激的振幅。外界刺激对神经元突触的不断扰动，导致其出现三种不同类型的动作电位：持续性反应、顺应以及延迟性反应。恒定频率的刺激反复的刺激神经元细胞所产生的反应被称作持续性反应；而刺激前期是单一的动作电位，中期和后期一直是静息电位，该类型被称为顺应；而刺激前期没有发生反应，在延迟一段时间才产生动作电位被称作延迟性反应[37]。

第二章基本理论7图2.3动作电位图Fig2.3Theactionpotential2.1.3神经噪声噪声也叫随机力。噪声被认为是影响运动的微观力，由于这种力是随机的，因此也叫随机力。科学家们发现，噪声的存在对神经元集群同步放电运动均具备一定的影响[38]。噪声存在于神经元集群同步放电作用中的每一个过程，从神经元细胞膜上的离子通道到接收信号而产生的波动。且噪声之于神经元集群的这种作用是随机且不可预测的。神经元集群同步放电运动中的噪声按照来源一般分成两类：即背景噪声和信号噪声。背景噪声是神经元集群自身环境所产生的噪声，离子通道的开与关是随机的，在神经元的数量为无限时这种随机是可以被忽略的，但在实际生活中的一个神经元集群中的神经元细胞均为有限的，因此产生了离子通道噪声；神经元细胞的突触连接处由于神经递质的释放等因素而产生的随机因素，被称为突触噪声。除此之外还有热噪声、神经递质的数量变化而产生的噪声都被称为背景噪声。神经元集群同步放电过程中产生的信号噪声是神经元集群在接收外界信号时产生的噪声。神经元在接收信号时，信号的形式和时间等的随机性产生的噪声被称为信号噪声。一直以来，噪声被认为是不利的，因为噪声的存在影响了信息传递的准确性。但在最近几年的研究发现，噪声的存在会平衡异常的信号响应，消除信号的异常尖峰是有利于神经元信息传递的。噪声被引入临床治疗神经元异常放电，修复听力、视力等[39-42]。

【参考文献】：
期刊论文
[1]信号噪声下整合发放神经元模型的随机共振[J]. 胡欣欣,焦贤发.  合肥工业大学学报(自然科学版). 2017(08)

博士论文
[1]神经信息处理的相变机制与神经控制方法研究[D]. 焦贤发.东华大学 2008



本文编号：3043329