神经网络超参数优化的删除垃圾神经元策略

随着深度学习处理问题的日益复杂,神经网络的层数、神经元个数、和神经元之间的连接逐渐增加,参数规模急剧膨胀,优化超参数来提高神经网络的预测性能成为一个重要的任务.文献中寻找最优参数的方法如灵敏度剪枝、网格搜索等,算法复杂而且计算量庞大.本文提出一种超参数优化的“删除垃圾神经元策略”.权重矩阵中权重均值小的神经元,在预测中的贡献可以忽略,称为垃圾神经元.该策略就是通过删除这些垃圾神经元得到精简的网络结构,来有效缩短计算时间,同时提高预测准确率和模型泛化能力.采用这一策略,长短期记忆网络模型对几种典型混沌动力系统的预测性能得到显著改善.     

宽带微量太赫兹辐射促进神经元生长发育

太赫兹波位于氢键和范德瓦耳斯力作用能级范围内,可以直接与蛋白质耦合激发蛋白质的非线性共振效应,从而影响蛋白质的构象、神经元的结构和功能.基于此机制,体外培养SD大鼠原代皮层神经元,利用宽带微量太赫兹(0.3—3.0 THz,最大辐射功率100μW)短时间累计辐射(3 min/d,共3 d)皮层神经元;记录皮层神经元的动态发育参数(胞体面积和突起总长度);并分析辐射结束后神经元受体相关蛋白(GluA1和GluN1)、突触素(SY-38)和突触后致密蛋白-95(PSD-95)的表达变化.太赫兹辐射1 d后,神经元胞体面积增长值提高了144.9%(P<0.05);太赫兹辐射的2 d和3 d后,神经元突起总长度增长值分别提高了65.1%(P <0.05)和109.4%(P <0.05);太赫兹辐射3 d后, GluA1和SY-38蛋白表达分别提高了38.1%(P <0.05)和19.2%(P <0.05).结果表明,宽带微量太赫兹短时累计辐射可以促进皮层神经元胞体和突起的生长,并且对神经元突起的促进作用存在累计效应;太赫兹辐射对神经元生长发育的促进作用可能与Glu...     

生物神经网络系统动力学与功能研究

生物神经系统是由数量极其巨大的神经元相互联结的信息网络系统,在生物体的感觉、认知和运动控制中发挥关键性的作用.首先介绍神经元、大脑和一些生物神经网络的生理结构和理论模型,然后分别介绍其放电活动和网络动态特性的一些重要问题,包括神经元的复杂放电模式、耦合神经元网络系统的同步活动和时空动力学、大脑联合皮层神经微回路的网络结构特征,以及工作记忆和抉择过程的动力学机制等. 最后对今后研究给出一些展望.      

物理科学与脑科学的联姻——脑与精神奥秘的新探索

 揭示脑的奥秘,已经不再是乌托邦式的空想了;复杂系统的自发的集体行为,似乎生来就是难以预测的;脑是怎样应付、适应和表达多样的,多变的外部世界的;选择性学习可以看作是对能量地形的树结构修枝的过程;混沌可能是大脑不同于现有人工智能系统的主要特征;实现对自然和人类自身认识的新飞跃,实现从必然王国向自由王国的新飞跃;迎接新的更伟大的科学革命--智能革命的到来.     

多溴二苯醚对体外培养海马神经元生长的影响

多溴二苯醚(PBDE)是一种普遍存在的持久性环境污染物, 对其毒效应的研究工作已引起广泛关注. 然而, PBDE神经毒性的研究工作仍处于起步阶段, 相关报道不多. 以原代培养的大鼠海马神经元暴露于商品用的十溴代PBDE(deca-BDE), 借助激光共聚焦显微镜采图, 考察了PBDE对神经元生长发育的影响. 15 μmol/L deca-BDE暴露明显抑制了神经元突起的生长, 包括突起长度和分叉均显著性地降低, 神经元突触的形成和发育成熟也受到了明显的抑制. 以上结果有力证明了PBDE对体外培养神经元具有明显的神经毒作用.     

支配大鼠肾上腺髓质的交感节前神经元的细胞及树突构筑——CB-HRP法研究

本文用CB-HRP标记的支配大鼠肾上腺髓质的交感节前神经元(SAPN)分布于T_1-L_1脊髓节段。标记细胞数平均631±66.7。SAPN定位于脊髓的四个区域,以脊髓中间外侧核本部(ILP)为主;细胞呈簇团分布,胞体长轴多数以纵向方位排列为主。根据其树突树的分布不同ILP细胞可分为三类。本研究用CB-HRP较全貌地显示出SAPN的树突构筑,其中内侧达室管膜的树突和室管膜下树突丛及外侧的白质树突(WMD)和软膜下树突丛为经典的Golgi或其它方法所未能显示出。本研究观察结果提出,SAPN的调节活动存在有核心回路和旁侧回路两个系统,前者主要接受平行相的传入联系,后者主要接受垂直相的传入联系,两者在空间构型上互为垂直关系。     

大脑额叶神经元在痛觉和针剌镇痛中的作用

本文为研究大脑额叶神经元在痛觉和针刺镇痛中的作用,设计了两套痛辨别作业,即痛辨别反应作业(作业Ⅰ)和痛延缓辨别作业(作业Ⅱ),对4只成年猕猴(Macaca mulatta)进行了实验研究。待动物学会了上述作业并进行操作的同时,引导额叶单个神经元放电。在作业Ⅰ中记录了276个作业相关神经元,其中有211个对痛和/或热刺激起反应.在作业Ⅱ中记录了73个作业相关神经元,其中有59个对痛和/或热刺激起反应。电针穴位可使动物的痛反应时延长,作业的操作正确率降低,神经元对痛刺激和热刺激的反应都有不同程度的减弱。这些神经元主要集中在大脑额叶弓状沟上支内侧的前额叶与运动前区皮层交界处。实验结果表明,痛觉刺激可以投射到大脑额叶,引起神经元活动的变化。这些神经元的机能可能与对伤害性刺激和非伤害性刺激的辨别有关。针刺对这些神经元的抑制作用,可能降低机体对伤害性刺激的辨别能力,从而有利于镇痛效应的产生。     

改进SIFT融合五官特征的旋转人脸检测算法

针对传统PID控制算法对四旋翼飞行器的姿态角进行控制时,其控制参数很难随着环境的变化进行自整定,进而影响四旋翼飞行器的稳定性的问题,提出了一种改进的PID控制算法。该算法通过改进单神经元中的K值公式提高了Kp、Ki、Kd的学习速率,从而提高了系统的响应速度;通过增加超调惩罚措施,通过适当的放大或缩小超调,可以使系统超调达到最小。通过与增量型PID、标准二次型单神经元PID算法进行比较,并且进行仿真实验。结果表明：所提方法具有参数自整定能力强且快速响应、鲁棒性强及稳定性好。     

离子通道中毒对耦合随机Hodgkin-Huxley神经元集体激发行为的影响

四乙铵（tetraethylammonium）和河豚毒素（tetrodotoxin）可以分别使神经元细胞钾离子和钠离子通道中毒,从而导致电导降低和有效通道数减少。数值模拟研究了钾离子和钠离子通道中毒对耦合Hodgkin-Huxley神经元集体激发（collective spiking）行为的影响。发现对于一定数目的神经元,随离子通道簇面积（patchsize）的变化,离子通道中毒既可以增强也可以降低集体激发的规则性（regularity）;当簇面积大小固定时,对于较小和较大的簇面积,钾离子和钠离子通道中毒可以分别降低和增强集体激发的规则性,但二者变化的簇面积范围不同。对于某个簇面积,二者的效果可能相反。这一结果与离子通道中毒对单个神经元膜电势激发的影响不同,反映了神经元耦合作用、离子通道中毒导致的电导降低和离子通道噪声增强三者间的相互作用和影响。     

利用VSV标记具有特定投射的特异类型神经元的精细结构

神经元是构成神经系统的基本单位之一，对其精细形态结构的研究是了解神经网络构筑和信息处理方式的基础，然而目前缺乏能够标记具有特定投射特征的特异类型神经元精细结构的有效方法.在糖蛋白基因缺失的水泡性口炎病毒（VSV）毒株基础上突变其核蛋白，我们获得了重组病毒VSV-△G-NR7A-EGFP，并发现该病毒在一定窗口期内可实现神经元形态的快速高亮度标记；我们进一步在此基础上构建了VSV-△G-EnvA-NR7A-EGFP病毒，并基于特定的转基因动物及辅助病毒rAAV-EF1α-Dio-Bfp-Tva，通过控制注射位点，分别实现了有NAc-LH投射特异性的D2R神经元和VTA-NAc投射特异性的多巴胺神经元的标记，展示了一种可用于稀疏、高亮地标记具有特定投射特征的特异类型神经元精细结构的新方法.