神经网络内电振荡活动特性的研究

论文摘要

同步电振荡活动是神经系统中普遍存在的一种现象,对同步电振荡活动的研究,是理解大脑非凡计算能力形成的基础,也有助于解释神经疾病的发病机理,辅助脑电科学诊断疾病,同步电振荡活动产生的起源和机制是什么?其作用是什么?这些问题已引起人们极大关注,成为神经科学领域研究的热点。基于统计理论的广义噪声在生物体内部普遍存在,它从不同的方面影响神经元的动力学活动以及神经电信号的传递。噪声如何影响神经信号的发生?噪声和突触如何协同工作来影响神经信号的转导、传递?这些问题引起了神经科学工作者、生物电磁学工作者以及物理学工作者的极大兴趣。在上述双重意义的鼓舞下,本工作系统分析了噪声对单个神经元触发动作电位的影响、噪声和耦合对两个神经元频率同步活动的影响、噪声和电突触耦合如何协同影响有限多个神经元组成的神经网络的精确同步活动和触发动作电位时间精确性、以及它们对神经元群体之间信号传递的影响。对神经网络内电振荡活动特性的研究做了有益的探索。本文的主要成果是:1、对于单个神经元而言,随着噪声强度的增加,其触发动作电位的频率也随之增加,这恰恰为噪声可以诱发神经元同步振荡活动的基础;2、按照频率编码的思想,精确分析了噪声和耦合对两个神经元同步活动的影响:噪声强度和耦合强度对神经元的同步活动起着相互补充的作用,绘制了同步活动和噪声强度、耦合强度的三维关系图;3、采用动力学平均场近似理论和群体编码的思想,对个FitzHugh-Nagumo神经元网络的精确同步活动和触发动作电位时间精确性进行分析,其结果为:（1）噪声增加神经元活动的随机性,减小神经元活动的关联性,降低系统的同步活动,膜电位的分布展宽,触发动作电位时间精确性降低;（2）耦合强度可以提高神经元的同步活动,抑制系统内部局域的波动,膜电位分布变窄,触发动作电位时间精确性提高;（3）非常值的重视的是与化学突触相比较,在相同的耦合强度下,电突触能够极大地提高神经元的同步振荡活动和触发动作电位时间精确性。N4、建立了FitzHugh-Nagumo神经元群体模型,计算了影响两个群体之间信号传递的噪声强度和耦合强度的阈值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1-1 神经科学发展简史
• 1-2 现代神经科学的研究目标和发展趋势
• 1-3 研究工作的目的和意义
• 第二章 神经元电生理模型和神经元间的通讯方式
• 2-1 神经元及其电生理特性
• 2-1-1 神经元
• 2-1-2 细胞膜及其离子通道
• 2-1-3 静息电位
• 2-1-4 动作电位
• 2-2 神经元的动力学模型
• 2-2-1 Hodgkin –Huxley 神经元模型
• 2-2-2 Hodgkin-Huxley 模型的简化
• 2-2-3 FitzHugh-Nagumo 神经元模型
• 2-2-4 FitzHugh-Nagumo 模型的相图分析
• 2-3 神经元间的通讯方式——突触
• 2-3-1 电突触
• 2-3-2 化学突触
• 2-4 神经递质和神经调质
• 2-5 突触的可塑性
• 2-6 电突触和化学突触的不同点
• 第三章 噪声作用下两个 FitzHugh-Nagumo 神经元的同步活动
• 3-1噪声作用下FitzHugh-Nagumo神经元的基本方程
• 3-2 噪声对单个神经元触发动作电位频率的影响
• 3-3 噪声对两个神经元频率同步活动的影响
• 3-4 结论
• 第四章 FitzHugh-Nagumo 神经网络的同步活动和触发动作电位 的时间精确性
• 4-1电突触耦合FitzHugh-Nagumo神经元网络的基本方程
• 4-2 神经网络基本方程的简化
• 4-3 分析神经元的同步活动
• 4-4 同步活动数值计算结果
• 4-4-1 耦合对神经网络精确同步活动的影响
• 4-4-2 噪声对神经网络精确同步活动的影响
• 4-5 触发动作电位时间精确性分析
• 4-6 触发动作电位时间精确性数值计算结果
• 4-6-1 噪声对神经网络触发动作电位精确性的影响
• 4-6-2 神经元个数对神经网络触发动作电位精确性的影响
• 4-6-3 耦合对神经网络触发动作电位精确性的影响
• 4-7 两种突触的不同影响
• 4-8 结论
• 第五章 信号在不同的 FitzHugh-Nagumo 神经元群体之间的传递
• 5-1 电突触耦合FitzHugh-Nagumo 神经元群体的基本方程
• 5-2 神经元群体基本方程的简化
• 5-3 数值计算结果
• 5-3-1 噪声强度阈值
• 5-3-2 耦合强度阈值
• 5-4 结论
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读博士学位期间所取得的相关科研成果