生物声呐声源定向功能的神经信息处理机理研究

发布时间：2017-12-12 16:38

  本文关键词：生物声呐声源定向功能的神经信息处理机理研究

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【摘要】：生物神经系统的信息处理能力及高级功能一直是人类希望探究的有待开发的研究领域。作为构成神经系统的基础结构,神经元及神经回路的研究一直是被关注的焦点。现有的实验研究已经积累了海量的实验数据,然而神经系统作为生物系统的信息处理中枢,其信息检测、编码、传输、处理等基本规律尚未被了解。近年来计算神经科学取得了显著的进展,但仍然停留在对神经元或神经网络的某些具体现象的分析和讨论。本文采用Hodgkin-Huxley神经元模型,依据听觉神经系统的解剖结构构建具有声源定向功能的神经回路,对神经回路进行仿真分析。将仿真所得的神经元输出脉冲序列运用圆映射和符号动力学理论进行符号化处理,并在符号空间中研究生物声呐声源定位神经回路中输出脉冲序列与包含声源定向信息的输入脉冲刺激信号间的定量关系。取得的主要研究结果包括：1.通过对单神经元的输入刺激脉冲频率与输出脉冲符号序列的仿真分析,在圆映射具有单调提升曲线的神经元参数范围内,符号序列与输入刺激脉冲的频率增减呈现相同的单调变化趋势,且在所讨论的参数范围中可分辨0.04Hz的频率变化。2.通过对ITD检测神经回路最小模型的仿真分析,研究在不同刺激频率下两侧输入脉冲信号的时间差与输出脉冲符号序列存在的单调关系,且在所讨论的参数范围中达到了10μs的时间精度。在此基础上,提出了一种具有ITD检测功能的简并模型,这种模型包含了Jeffress的经典ITD模型的结构,而模型中的多层结构中具有的任何一个ITD检测神经回路最小模型的检测神经元都能实现相同的ITD检测功能——这符合Edelman对简并的定义。3.提出了一种ILD检测神经回路,并以化学耦合方式实现神经元间的突触连接,对两侧反映声源声强的输入刺激脉冲频率的变化情况进行仿真研究,同样存在随强度差减小,对应的输出脉冲时刻滞后的单调变化关系。4.结合ITD、ILD的生理、解剖结构,在ILD检测神经回路的研究中,发现这种检测神经回路具有ITD和ILD检测的双重功能,并基于这种检测回路的最小模型,提出具有双重检测功能的简并神经回路,进行仿真验证。本文提出了具有简并特点的生物声呐声源定向的检测神经回路,并仿真验证其具有定量反映输入信号变化的特性,采用符号空间的距离讨论输出脉冲符号序列可以区分非常精细的输入信号变化,而这些变化在神经回路中均以输出脉冲时刻表示,符合神经元的信息处理特征。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：Q42

【参考文献】

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本文编号：1283201