神經網路迴響中精確放電序列的計算分析。

《神經網路迴響中精確放電序列的計算分析。》是依託中國科學技術大學，由吳偉擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：神經網路迴響中精確放電序列的計算分析。
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：吳偉
• 依託單位：中國科學技術大學

中文摘要

大腦的工作記憶總是伴隨著相關神經網路持續迴響。近期研究發現，當神經網路中單個神經元受到一次刺激後，將可能誘發神經網路的持續迴響現象。初步研究表明，在這種誘發的網路持續迴響中存在著高度保守的精確的神經元放電序列。然而，由於神經網路本身的複雜性，使得神經網路的持續迴響活動的產生機制仍然不是很清楚。為了能更好的從理論上理解網路持續迴響的產生，就必須定量地確定神經網路中存在的保守的神經元活動序列。在本項目中，我們將利用離體培養的神經元網路，發展基於統計規則的定量計算方法，分析神經元網路產生持續迴響時存在的保守的神經元活動序列，從而了解精確時空模式在神經元網路信息編碼中的作用，進而在網路層次闡明工作記憶的機理,並為與記憶相關的腦功能疾病機理研究提供新的線索。

結題摘要

海伯（Hebb）的細胞集群理論指出，短時間記憶時以閉環神經環路的持續迴響的形式進行存儲的。在我們以前的研究中發現，在離體培養的海馬神經元中存在自發和誘發的持續網路迴響。但是由於記錄的神經元個數有限，對於細胞集群如何進行記憶編碼仍然不夠清晰。本課題中，我們把離體海馬神經元培養在多電極陣列晶片（MEA）上來研究其時空動力學特性。這種方法的好處是可以儘量多的採集神經網路中細胞的電活動，同時由於其時間的高分辨性使得研究細胞集群理論成為可能。在實驗中我們發現，每一段的持續網路迴響都是由一群神經元的持續發放組成，這樣的每一次群體發放我們稱之為一次網路迴響事件。每次事件持續時間大約在50毫秒，並且包括了多個神經元的興奮活動。通過對迴響過程中多個神經元動作電位的發放時間的分析，我們發現在同一個網路中可能存在一個或多個發放模式非常相似的事件（時間精度在3毫秒以內）。在自發活動中，網路迴響經常會出現多個不同的發放模式；而在誘發活動中，通過刺激一個通道得到的網路迴響往往是單一的、精確的時空發放模式，並且對於不同的刺激通道，其發放模式可以有重疊，甚至是完全不同的。通過對這種誘發迴響的研究，我們可以對海伯提出的細胞集群理論提供實驗證明，進而為短時間記憶存儲的信息編碼方式提供了一種有效的手段。