亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        基于Izhikevich模型的神經(jīng)網(wǎng)絡放電特性數(shù)值模擬

        2020-06-08 10:54:36王超
        工業(yè)技術創(chuàng)新 2020年2期
        關鍵詞:抑制性鏈式電導

        王超

        (蘭州交通大學光電技術與智能控制教育部重點實驗室,甘肅蘭州 730070)

        引言

        生物神經(jīng)系統(tǒng)具有一個復雜的、多層次的、非線性的神經(jīng)網(wǎng)絡。由神經(jīng)元和突觸構成的具有不同結構的神經(jīng)網(wǎng)絡,表現(xiàn)出豐富的放電特性,可以使神經(jīng)系統(tǒng)實現(xiàn)復雜的認知或行為等功能。神經(jīng)網(wǎng)絡的放電特性研究是神經(jīng)系統(tǒng)研究的重要基礎,對人工智能等領域的研究具有重要的意義[1]。

        2003年,Izhikevich教授為了模擬皮層神經(jīng)元的放電特性,結合Hodgkin-Huxley神經(jīng)元模型和Integrate-and-Fire神經(jīng)元模型各自的優(yōu)點,提出了Izhikevich神經(jīng)元模型(以下簡稱“Izhikevich模型”)[2],該模型不僅可以表現(xiàn)出生物神經(jīng)元豐富的放電特性和動力學特性,而且模型簡單,計算量小,適用于大規(guī)模神經(jīng)網(wǎng)絡的數(shù)值模擬。

        隨著智能技術的快速發(fā)展,利用計算機軟件模擬神經(jīng)網(wǎng)絡的放電特性已經(jīng)成為研究神經(jīng)網(wǎng)絡的重要手段。文獻[3]研究了基于Izhikevich模型的神經(jīng)網(wǎng)絡的同步問題;文獻[4]研究了環(huán)路神經(jīng)網(wǎng)絡的振蕩發(fā)放;文獻[5]研究了基于神經(jīng)網(wǎng)絡的字符識別功能;文獻[6]研究了基于Izhikevich模型的神經(jīng)網(wǎng)絡的自適應抗擾能力;文獻[7]利用數(shù)值模擬方法研究了多種化學突觸在神經(jīng)網(wǎng)絡中的傳遞特性;文獻[8]分析了Izhikevich神經(jīng)網(wǎng)絡中抑制性神經(jīng)元的作用。

        利用數(shù)值模擬方法,可以更為便捷、定量地分析多種神經(jīng)網(wǎng)絡的放電特性,并且利用數(shù)值模擬結果可以更好地指導實驗研究。但是目前大多數(shù)研究為了減少計算量,選用了比較簡單的突觸模型,沒有選用更加貼近生物特性的突觸模型;此外,實現(xiàn)的神經(jīng)網(wǎng)絡多為尖峰放電,而沒有研究簇放電在神經(jīng)網(wǎng)絡中的傳遞特性。

        本文以Izhikevich模型為節(jié)點,通過化學突觸模型搭建鏈式神經(jīng)網(wǎng)絡,利用MATLAB/Simulink軟件模擬神經(jīng)網(wǎng)絡的峰放電和簇放電,實現(xiàn)簇放電在神經(jīng)網(wǎng)絡中的傳遞,并通過調節(jié)突觸電導的大小,分析突觸對神經(jīng)網(wǎng)絡放電特性的影響。

        1 神經(jīng)網(wǎng)絡

        1.1 神經(jīng)元模型

        Izhikevich模型由兩個非線性方程組成[2],數(shù)學模型表達式為

        1.2 化學突觸模型

        突觸是兩個神經(jīng)元之間的功能性連接結構。1897年,Sherrington首次提出“突觸”概念。根據(jù)突觸的結構和傳遞機制,可以將突觸分為化學突觸和電突觸,其中化學突觸在神經(jīng)系統(tǒng)中占主導地位[8]。

        根據(jù)文獻[5]的研究,我們選用最貼近生物特性的化學突觸模型,數(shù)學公式為

        式(2)中,Isyn是突觸后電流,μA/cm2;gsyn是最大突觸電導,mS/cm2;r是化學門控離子通道開放概率;Vpost是突觸后神經(jīng)元電位,mV;Es是突觸可逆電位,mV;T是神經(jīng)遞質的濃度,mM;α和β分別是突觸前后受體結合的速率常數(shù);Vpre是突觸前神經(jīng)元電位,mV;θsyn用來描述S型函數(shù)的陡度[10]。

        2 數(shù)值模擬

        在生物神經(jīng)系統(tǒng)中,化學突觸分為抑制性突觸和興奮性突觸。興奮性突觸能夠使突觸后神經(jīng)元產(chǎn)生興奮性效應,引起突觸后膜的膜電位升高,有利于突觸后神經(jīng)元動作電位的產(chǎn)生;相應地,抑制性突觸能夠使突觸后神經(jīng)元產(chǎn)生抑制效應,引起突觸后膜的膜電位降低。下面我們分別模擬興奮性突觸和抑制性突觸連接的神經(jīng)網(wǎng)絡。當Es=0時,表示興奮性突觸,當Es=-80 mV時,表示抑制性突觸。突觸電導和突觸可逆電位設置如表1所示。

        表1 化學突觸參數(shù)設置

        鏈式耦合是神經(jīng)網(wǎng)絡中一種常見的耦合方式。利用架構在MATLAB/Simulink軟件對神經(jīng)網(wǎng)絡進行建模。選用Simulink軟件庫中合適的器件對神經(jīng)元和化學突觸進行建模,然后用化學突觸將各神經(jīng)元依次進行鏈式連接,鏈式神經(jīng)網(wǎng)絡示意圖如圖1所示。

        圖1 鏈式神經(jīng)網(wǎng)絡

        3 結果與討論

        圖2、圖3、圖4分別為使用興奮性突觸1、興奮性突觸2和抑制性突觸連接的神經(jīng)網(wǎng)絡的放電波形,每張圖上欄為突觸前神經(jīng)元放電,下欄為突觸后神經(jīng)元放電。從圖中的放電波形可以觀察到,興奮性突觸可以引起突觸后神經(jīng)元電位的上升,當選用合適的突觸電導時,可以正常地傳遞動作電位;當增大興奮性突觸的電導時,產(chǎn)生簇放電,導致神經(jīng)信息傳遞的畸變;當使用抑制性突觸連接神經(jīng)網(wǎng)絡時,抑制性突觸抑制突觸后神經(jīng)元電位的上升,以致不能產(chǎn)生正常的動作電位,導致神經(jīng)信息傳遞的中斷。

        我們選用興奮性突觸1連接由10個Izhikevich模型節(jié)點組成的鏈式神經(jīng)網(wǎng)絡。對Izhikevich模型的a、b、c、d 進行不同的設置可以模擬不同的放電波形。當a=0.02、b=0.2、c=-65、d=6、I=5時,神經(jīng)元表現(xiàn)為峰放電;當a=0.02、b=0.2、c=-30、d=6、I=5時,神經(jīng)元表現(xiàn)為簇放電。圖5、圖6分別為神經(jīng)元峰放電和簇放電在神經(jīng)網(wǎng)絡中的傳導波形圖,每張圖中波形從上到下分別為神經(jīng)元1、神經(jīng)元4、神經(jīng)元7、神經(jīng)元10的放電波形。

        從圖5、圖6可以觀察到,在神經(jīng)網(wǎng)絡中,各神經(jīng)元放電波形基本一致,其中圖6各神經(jīng)元簇放電的峰數(shù)完全一致,后續(xù)的神經(jīng)元保持了第一個神經(jīng)元的動作電位,證明了神經(jīng)信息在鏈式神經(jīng)網(wǎng)絡的傳遞中未發(fā)生丟失,體現(xiàn)了動作電位在神經(jīng)網(wǎng)絡中的傳導特性。觀察得出后續(xù)神經(jīng)元相對于前一個神經(jīng)元出現(xiàn)了時間上的延遲,這體現(xiàn)了化學突觸的時間滯后性。

        圖2 興奮性突觸1神經(jīng)網(wǎng)絡放電

        圖3 興奮性突觸2神經(jīng)網(wǎng)絡放電

        圖4 抑制性突觸神經(jīng)網(wǎng)絡放電

        圖5 神經(jīng)元峰放電

        圖6 神經(jīng)元簇放電

        4 結論與展望

        (1)利用MATLAB/Simulink軟件模擬了由Izhikevich模型搭建的鏈式神經(jīng)網(wǎng)絡的峰放電和簇放電的傳遞,體現(xiàn)了化學突觸在神經(jīng)網(wǎng)絡中的時間滯后性;

        (2)分析了興奮性突觸和抑制性突觸在神經(jīng)網(wǎng)絡中產(chǎn)生的不同效應,增大興奮性突觸的電導,會給突觸后神經(jīng)元輸入過大的電流,導致神經(jīng)信息傳遞的畸變;

        (3)利用軟件模擬神經(jīng)網(wǎng)絡的放電特性,可以為生物神經(jīng)系統(tǒng)的實驗研究、硬件實現(xiàn)、腦機接口研發(fā)等提供更多的數(shù)據(jù)支持,縮短開發(fā)周期。后續(xù)可以在本文基礎上開展上述工作,實現(xiàn)更多的應用價值。

        猜你喜歡
        抑制性鏈式電導
        抑制性建言影響因素研究評述與展望
        基于抑制性自突觸的快慢對神經(jīng)元簇放電節(jié)律模式的研究
        論我國民間借貸法律規(guī)制的發(fā)展和完善——從抑制性規(guī)制到激勵性規(guī)制
        法大研究生(2020年2期)2020-01-19 01:42:24
        基于IEC標準的電阻表(阻抗表)和電導表的技術要求研究
        電子制作(2018年14期)2018-08-21 01:38:38
        鏈式STATCOM內部H橋直流側電壓均衡控制策略
        黑龍江電力(2017年1期)2017-05-17 04:25:05
        在神經(jīng)病理性疼痛大鼠中脊髓背角III層甘氨酸能神經(jīng)元投射至II層放射狀神經(jīng)元的抑制性環(huán)路發(fā)生功能障礙
        基于電導增量法的模型預測控制光伏MPPT算法
        RNA干擾HeLa細胞IKCa1基因對中電導鈣激活鉀通道電流的影響
        鏈式D-STATCOM直流電壓分層協(xié)調控制策略
        電測與儀表(2015年4期)2015-04-12 00:43:08
        10kV鏈式STATCOM的研究與設計
        電測與儀表(2015年4期)2015-04-12 00:43:08
        青草视频在线播放| 中文字幕一区二区人妻性色av| 国产黄色av一区二区三区| 亚洲av无码国产精品草莓在线| 欧美巨大xxxx做受中文字幕| 国产自产av一区二区三区性色| 国产麻豆成人精品av| 99在线无码精品秘 入口九色| 日韩一二三四精品免费| 国产亚洲精品综合在线网址| 加勒比久草免费在线观看| 精品久久久少妇一区二区| 亚洲人成77777在线播放网站| 伊人久久成人成综合网222| 日韩偷拍视频一区二区三区 | 色悠久久久久综合欧美99| 精品在免费线中文字幕久久| 一区二区三区在线乱码| 亚洲自偷精品视频自拍| 秋霞午夜无码鲁丝片午夜精品| 91福利国产在线观一区二区| 亚洲av极品尤物不卡在线观看| 中国妇女做爰视频| 久久99精品久久久久久hb无码| 国产成人精品cao在线| 久久伊人精品色婷婷国产| 欧美xxxx做受欧美| 亚洲欧美日韩精品高清| 人妻少妇久久精品一区二区| 精品国产亚洲av高清大片| 日本午夜精品理论片a级app发布| 无码AV高潮喷水无码专区线| 最新日韩精品视频免费在线观看| 国产在线一区二区三精品乱码| 欧美精品videossex少妇| 国产精品天堂avav在线| 国产偷闻女邻居av在线观看| 国产成人综合美国十次| 中文字幕无码不卡免费视频| 亚洲av激情久久精品人| 极品美女一区二区三区免费|