噪聲激勵下介觀神經元網路的隨機動力學研究

《噪聲激勵下介觀神經元網路的隨機動力學研究》是依託北京郵電大學，由孫曉娟擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：噪聲激勵下介觀神經元網路的隨機動力學研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：孫曉娟
• 依託單位：北京郵電大學

項目摘要

本項目套用非線性隨機動力學和複雜網路動力學的基本理論與方法，結合數值仿真的手段，研究噪聲激勵下介觀神經元網路的隨機動力學行為，特別是隨機共振和同步現象。主要包括：揭示介觀神經元網路隨機動力學行為的產生機制；分析時滯、耦合強度、子神經元網路與介觀神經元網路的拓撲結構等因素對介觀神經元網路隨機動力學行為的作用；探討子神經元網路與介觀神經元網路的隨機動力學行為之間的相互關係，進而闡述腦皮層各個子神經區之間協同工作的內在機理。本項目是非線性隨機動力學、複雜網路動力學與神經科學的交叉研究課題，本項目的研究結果可以推動相應學科研究的進一步發展，同時對探索神經信息的傳遞過程和大腦的工作原理也有重要的促進作用。

結題摘要

本項目套用非線性隨機動力學和複雜網路動力學的基本理論與方法，結合數值仿真的手段，研究噪聲激勵下介觀神經元網路的動力學行為，特別是隨機共振和同步現象。本項目主要開展了三個方面的研究工作： 1. 研究了噪聲對介觀神經元網路動力學行為特性的影響； 2. 分析了介觀神經元網路的同步放電動力學行為特性； 3. 討論了時滯、耦合強度和集群效應對介觀神經元網路放電行為的影響。 研究結果顯示，不論是突觸噪聲還是離子通道噪聲對神經元網路的動力學行為特性都有著重要的影響，特別是來源不同的離子通道噪聲對神經元網路的放電有序性的作用不同。其次，我們分析了介觀神經元網路的同步放電動力學行為特性。結果指出，介觀神經元網路的同步性不僅與耦合類型有關（如興奮性耦合和抑制性耦合）還與耦合方式密切相關。當網路間耦合強度從通常的常數改變為時變耦合強度時，我們發現時變耦合強度對介觀神經元網路的同步特性有著重要影響。最後，我們討論了神經元系統中的其他重要影響因素對介觀神經元網路放電動力學特性的影響。結果顯示，當子網路內時滯與子網路間的時滯達到一定匹配關係時，介觀神經元網路會頻繁產生快速有序的放電活動；且當介觀神經元網路的平均耦合強度和平均連邊機率不變時，集群因素對介觀神經元網路的放電有序性的影響較小。 本項目中，主要討論了介觀神經元網路的放電有序性、同步行為和放電頻率。在神經元系統中，同步與神經元系統的正常運行、神經疾病的發生等密切相關，而放電有序性和放電頻率則與神經元系統的兩大編碼機制——放電時刻編碼與頻率編碼——密切相關，因此，本項目所取得的研究成果，對進一步深入理解神經元網路拓撲結構、神經元之間的耦合方式、噪聲、時滯等對神經元系統放電行為的影響具有非常重要的理論意義和實際價值。本項目是非線性隨機動力學、複雜網路動力學與神經科學的交叉研究課題，本項目的研究結果可以推動相應學科研究的進一步發展，同時對探索神經信息的傳遞過程和大腦的工作原理也有重要的促進作用。