神经元放电模型再探及听觉中枢的频率整合作用

摘要

神经系统的放电活动主要表现为神经元产生和传输动作电位脉冲的过程,神经信息编码是通过神经元放电脉冲的时间节律来反映的。目前以 MP 模型为基础的神经元模型,仅模仿神经元有无输出,而对最重要的什么时候产生动作电位并没有解释。本研究的目的是通过建立神经元放电数学模型,解释神经元是如何以产生动作电位的时间序列编码输入信息,并将模型应用在听觉中枢的信息传递中,在这个基础上探讨了听觉中枢的频率整合作用。
　　 本研究回顾了神经生物学和听觉生理学的基础知识,对神经元放电模型进行了分类,并分析以往神经元放电模型的优缺点,为更好的研究生物神经元信息处理机制做理论铺垫。
　　 在分析神经元放电机制的基础上,提出了神经元放电数学模型,在Matlab7.0.1 平台上分别从单通道和八通道进行仿真,得到系列动作电位,结果显示所模拟的动作电位密度分布与生理实验所采集的数据能较好吻合,验证了神经元以动作电位的时间特性来编码输入信息的特征。
　　 最后介绍了耳蜗基底膜的振动方式以及行波理论,并通过计算机仿真实验证实听觉中枢频率整合的特点:1、听觉中枢频率整合过程中的延时反应特性具有放大信号和消除噪声的作用；滤波器的阶数变化影响滤波器延时时间,并随滤波器阶数的增加而变长。不同输入信号频率、滤波器的采样频率和中心频率对其没有影响,这表明听觉中枢频率整合过程中的延时反应与滤波器的固有特性没有关系,是听觉中枢频率整合过程中所特有的。2、滤波后信号最大幅值出现的位置,与输入信号的频率以及通道的中心频率有关,验证了生理学上蜗底对高频声音进行编码,蜗顶对低频声音进行编码特性。3、当对不同通道的滤波器进行权重设置,整合后能变化其中心频率,这使得神经元传送信息变得多样化。
　　 本研究为基于数理模型的神经中枢工作机制研究、以及模糊理论的研究和应用提供新的思路。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 背景和意义

1.2 立论依据

1.3 内容安排

第二章 听觉生理学和神经生物学基础

2.1 神经生物学基础

2.1.1 神经元基本概念

2.1.2 神经元细胞的静息电位

2.1.3 神经元细胞的动作电位

2.2 听觉生理学基础

2.2.1 声音信号的基本物理参数

2.2.2 听觉信息的频率编码

2.2.3 听觉信息的强度编码

第三章 神经元模型简介

3.1 MCCULLOCH-PITTS模型

3.2 INTEGRATE-AND-FIRE模型

3.3 FITZHUGH-NAGUMO模型

3.4 HINDMARSH-ROSE模型

3.5 HODGKIN-HUXLEY模型

第四章 神经元放电模型的建模与仿真

4.1 神经元放电模型建模的理论基础

4.2 神经元放电模型建模的数学推导

4.3 神经元放电模型的仿真实现

4.3.1 单通道模型的仿真

4.3.2 八通道模型的仿真

4.4 小结

第五章 听觉中枢的频率整合仿真

5.1 耳蜗基底膜的振动和行波理论

5.2 单频率延时整合及影响延时反应因素仿真

5.3 不同频率整合仿真

5.4 不同权重频率整合仿真

5.5 结果讨论

第六章 总结与展望

6.1 论文总结

6.2 工作展望

参考文献

附录一 :攻读硕士期间发表的论文及取得的成果

致谢

统计学合格证明