基于突触可塑性的神经信息传递的模型构建及仿真分析

发布时间：2017-04-17 20:14

  本文关键词：基于突触可塑性的神经信息传递的模型构建及仿真分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：信息化的背景加之科技的日新月异，使得电子系统电磁环境变得愈来愈复杂，而诸如接地、屏蔽、滤波等传统电磁抗扰模式的弊端日益凸显，这一现象在信息化战争中尤为显著。因此，如何有效地提升电子系统在复杂电磁环境中的可靠性与适应性，已成为现今社会生活以及军事领域中亟待解决的问题。 本文基于电磁仿生防护的理念以及生物体在复杂电磁环境下的自适应抗扰优势，围绕“抗扰现象是什么”、“抗扰机理是什么”、“抗扰能力有多大”三方面，对生物体神经网络中神经信息的传递机理，突触可塑性机制与生物自适应的关系，自适应神经网络模型的构建及抗扰能力分析展开了深入的研究，主要研究工作和创新点如下： 首先，研究了突触在神经信息传递及处理过程中的关键作用，分析了突触可塑性与生物自适应抗扰的关系； 通过对单神经元动作电位的产生、传递机理以及突触在神经元间信息传递的关键作用的深入研究，，从数学和工程的角度量化了脉冲时间依赖可塑性对神经元活动的影响，进而揭示了突触可塑性是影响生物自适应抗扰特性的重要因素。 其次，构建了自适应抗扰网络模型并分析该模型的自适应抗扰能力； 构建基于脉冲时间依赖可塑性（Spike Timing-Dependent Plasticity，STDP）机制的单输出和多输出两种全连接式自适应前馈神经网络模型。在STDP机制调控权重的条件下，结合真实生物神经网络对所构建的网络模型进行了抗扰仿真实验。结果表明，所构建的全连接式前馈神经网络模型具有一定程度的自适应抗扰能力。 最后，验证了所构建的自适应前馈神经网络模型的自适应抗扰能力与STDP机制密切相关。 分别在具有STDP机制和不具有STDP机制调控权重的条件下，分别对所构建的单/多输出网络模型进行抗扰仿真实验，揭示了所构建的网络模型的稳定性与STDP机制的关系：所构建的全连接式前馈神经网络的抗扰能力与STDP可塑性机制对神经元间连接权重的动态调控密切相关。 本文的研究工作为将生物系统抗扰机制引入电子电路设计，进而提升复杂电磁环境下电子系统的电磁防护能力奠定理论研究基础。
【关键词】：电磁仿生防护 突触可塑性 STDP机制 前馈神经网络 自适应抗扰
【学位授予单位】：河北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TP183;R318.04
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-19
• 1.1 研究背景及意义9-12
• 1.1.1 需求背景9
• 1.1.2 研究背景9-12
• 1.2 研究现状12-16
• 1.2.1 电磁仿生防护研究现状12
• 1.2.2 神经网络研究现状12-13
• 1.2.3 神经元模型研究现状13-14
• 1.2.4 突触可塑性研究现状14-16
• 1.3 论文思路和内容安排16-19
• 第二章 神经信息传递的机理研究及仿真模型选取19-33
• 2.1 神经信息传递的生理机制19-27
• 2.1.1 神经元动作电位的产生机制20-21
• 2.1.2 神经元动作电位的传导机制21-22
• 2.1.3 神经元之间的信息传递—突触22-23
• 2.1.4 突触可塑性23-26
• 2.1.5 突触可塑性与生物自适应26-27
• 2.2 单个神经元电生理模型的选取27-31
• 2.3 前馈神经网络31-32
• 2.4 本章小结32-33
• 第三章 神经信息传递的模型构建及仿真分析33-45
• 3.1 基于 STDP 机制的两个神经元连接模型及仿真33-37
• 3.1.1 Izhikevich 神经元模型33-34
• 3.1.2 单向作用的 STDP 机制调控模型34-36
• 3.1.3 双向作用的 STDP 机制调控模型36-37
• 3.2 基于 STDP 机制的多突触前单突触后连接模型及仿真37-43
• 3.2.1 突触前输入为多个神经元放电序列37-39
• 3.2.2 突触前输入为服从泊松分布的多个脉冲序列39-43
• 3.3 本章小结43-45
• 第四章 自适应前馈神经网络模型构建及抗扰仿真分析45-55
• 4.1 全连接式自适应前馈神经网络模型的构建45-46
• 4.2 网络模型的抗扰仿真实验46-49
• 4.2.1 网络输入对输出的影响46-47
• 4.2.2 网络模型的自适应抗扰仿真实验47-49
• 4.3 网络模型的自适应抗扰能力与 STDP 机制49-53
• 4.3.1 单输出网络模型的抗扰能力验证49-52
• 4.3.2 多输出网络抗扰能力验证52-53
• 4.4 本章小结53-55
• 第五章 结论55-58
• 5.1 总结55-56
• 5.2 工作展望56-58
• 参考文献58-62
• 攻读学位期间所取得的相关科研成果62-63
• 致谢63

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前7条

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  本文关键词：基于突触可塑性的神经信息传递的模型构建及仿真分析，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：314229