单个神经元簇发放的能量函数
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摘要
簇发放作为神经元放电活动的主要模式之一,已经在许多神经电生理实验中观测到,并得出神经元簇发放对于脑内神经活动具有关键性作用。如大鼠单个皮层神经元的簇发放可以影响到整个脑状态,草雀HVC(Higher Vocal Center)神经元簇发放可以使神经活动在神经元之间进行稳定的传输。在生物神经系统中,研究者普遍认为神经元放电活动主要是编码、处理以及传递神经信息的过程。然而,到目前为止,科学家对于神经元信息编码的机制还没有形成准确而统一的认识。近期,一种从能量角度出发探索神经信息编码内在机制的编码理论,即能量编码理论,越来越受到广大神经科学家的关注。已有的研究结果表明,依据这种全局编码理论得出的神经能量函数能够很好地再现神经电生理实验中的神经发放活动(包括阈下膜电位和阈上膜电位),且与由H-H神经元模型得到的计算结果具有很好的一致性。受这一理论的启发,本文从神经能量角度出发,在神经元Chay模型基础上仿真模拟了单个神经元簇发放活动,并计算出其活动期间所消耗的神经能量。数值计算结果不仅与此前的能量计算结果有着很好的一致性,而且与现有的神经电生理实验结果相符。因此,本文得到的研究结果进一步表明神经能量与神经活动两者之间存在内禀关系,从而说明神经能量在神经编码中的重要作用。同时也说明能量编码理论的研究工作对于深入了解脑的工作机制以及从脑的全局观点出发探讨神经编码是非常有益的。
引文
[1]Cheng-yu T.Li,Mu-ming Poo,Yang Dan.Burst Spiking of a Single Cortical Neuron Modifies Global Brain State.Science,Vol 324(2009)
[2]Michael A.Long,Dezhe Z.Jin,Michale S.Fee.Support for a synaptic chain model of neuronal sequence generation.Nature,Vol 468:394-399(2010)
[3]Wang R,Wang Z.Energy Distribution Property and Energy Coding of a Structural Neural Network[J].Frontiers in Computational Neuroscience,2014,8(14):1-17.
[4]Wang R,Zhang Z,Jiao X.A new mechanism on brain information processing:energy coding[J].Applied Physics Letters,2006,89(12):123903.
[5]Teresa Ree CHAY.Chaos in a Three-Variable Model of an Excitable Cell.Physica16D:233-242(1985)
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