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基于抑制性突触可塑性的神经元放电率自稳态机制

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薛晓丹, 王美丽, 邵雨竹, 王俊松. 2019: 基于抑制性突触可塑性的神经元放电率自稳态机制, 物理学报, 68(7): 270-280. doi: 10.7498/aps.68.20182234
引用本文: 薛晓丹, 王美丽, 邵雨竹, 王俊松. 2019: 基于抑制性突触可塑性的神经元放电率自稳态机制, 物理学报, 68(7): 270-280. doi: 10.7498/aps.68.20182234
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Xue Xiao-Dan, Wang Mei-Li, Shao Yu-Zhu, Wang Jun-Song. 2019: Neural firing rate homeostasis via inhibitory synaptic plasticity, Acta Physica Sinica, 68(7): 270-280. doi: 10.7498/aps.68.20182234
Citation: Xue Xiao-Dan, Wang Mei-Li, Shao Yu-Zhu, Wang Jun-Song. 2019: Neural firing rate homeostasis via inhibitory synaptic plasticity, Acta Physica Sinica, 68(7): 270-280. doi: 10.7498/aps.68.20182234
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基于抑制性突触可塑性的神经元放电率自稳态机制

  • 天津医科大学生物医学工程与技术学院,天津,300070

  • 天津医科大学生物医学工程与技术学院,天津300070;河北省沧州市人民医院,沧州061000

Neural firing rate homeostasis via inhibitory synaptic plasticity

  • 摘要: 神经元放电率自稳态是指大脑神经网络的放电率维持在相对稳定的状态.大量实验研究发现神经元放电率自稳态是神经电活动的重要特征,并且放电率自稳态是实现神经信息处理及维持正常脑功能的基础,因此放电率自稳态的研究是神经科学领域的重要科学问题.脑神经网络是一个高度复杂的动态系统,存在大量输入扰动信号及由于动态链接导致的参数摄动,因此如何建立并维持神经元放电率自稳态及其鲁棒性仍有待深入研究.反馈神经回路是皮层神经网络的典型连接模式,抑制性突触可塑性对神经元放电率自稳态具有重要的调控作用.本文通过构建包含抑制性突触可塑性的反馈神经回路模型对神经元放电率自稳态及其鲁棒性进行计算研究.结果表明:在抑制性突触可塑性的作用下,神经元放电率可自适应地跟踪目标放电率,从而取得放电率自稳态;在有外部输入干扰和参数摄动的情况下,神经元放电率具有良好的抗扰动性能,表明放电率自稳态具有很强的鲁棒性;理论分析揭示了抑制性突触可塑性学习规则是神经元放电率自稳态的神经机制;仿真分析进一步揭示了学习率及目标放电率对放电率自稳态建立过程具有重要影响.
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出版历程

基于抑制性突触可塑性的神经元放电率自稳态机制

  • 天津医科大学生物医学工程与技术学院,天津,300070
  • 天津医科大学生物医学工程与技术学院,天津300070;河北省沧州市人民医院,沧州061000

摘要: 神经元放电率自稳态是指大脑神经网络的放电率维持在相对稳定的状态.大量实验研究发现神经元放电率自稳态是神经电活动的重要特征,并且放电率自稳态是实现神经信息处理及维持正常脑功能的基础,因此放电率自稳态的研究是神经科学领域的重要科学问题.脑神经网络是一个高度复杂的动态系统,存在大量输入扰动信号及由于动态链接导致的参数摄动,因此如何建立并维持神经元放电率自稳态及其鲁棒性仍有待深入研究.反馈神经回路是皮层神经网络的典型连接模式,抑制性突触可塑性对神经元放电率自稳态具有重要的调控作用.本文通过构建包含抑制性突触可塑性的反馈神经回路模型对神经元放电率自稳态及其鲁棒性进行计算研究.结果表明:在抑制性突触可塑性的作用下,神经元放电率可自适应地跟踪目标放电率,从而取得放电率自稳态;在有外部输入干扰和参数摄动的情况下,神经元放电率具有良好的抗扰动性能,表明放电率自稳态具有很强的鲁棒性;理论分析揭示了抑制性突触可塑性学习规则是神经元放电率自稳态的神经机制;仿真分析进一步揭示了学习率及目标放电率对放电率自稳态建立过程具有重要影响.

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