理论物理所专题讲座(Colloquium)简况

 在理论所第十次专题讲座上,中科院生物所郭爱克研究员作了题为《脑--世界的选择性表征》的报告.     

高能物理实验中的前馈式神经元网络法应用

 人工神经元网络是受生物神经网络的结构及其对外来信息处理方式的启示而得名的。它的研究起始于40年代,但由于当初提出的单层感知器模型固有的困难在长时间内困惑着人们,使得这方面的研究工作沉寂了几十年,直至80年代末,随着多层神经元网络的提出,以及它在实际应用中显示的强大功能逐渐被人们普遍认识和接受,才重新刺激起这方面理论和应用研究的热情。     

基于Mel频谱值和深度学习网络的鸟声识别算法*

为了增强网络对鸟鸣声信号的特征学习能力并提高识别精度,提出一种基于深度残差收缩网络和扩张卷积的鸟声识别方法。首先,提取鸟鸣声信号的对数梅尔特征及其一阶和二阶差分系数组成logMel特征集作为网络模型的输入;其次,通过深度残差收缩网络自动学习噪声阈值,减少噪声干扰;然后,引入扩张卷积增大卷积核感受野并利用注意力机制使网络更关注关键帧特征;最后,通过双向长短时记忆网络从学到的局部特征中学习长期依赖关系。以百鸟数据birdsdata鸟声库中的19种中国常见鸟类作为实验对象,识别正确率可以达到96.58%,并对比模型在不同信噪比数据下的识别结果,结果表明该模型在噪声环境下的识别效果优于现有模型。     

北五味子对糖尿病脑病大鼠脑中神经活性物质含量影响的在线微透析-高效液相色谱-串联质谱联用分析

采用在线微透析-高效液相色谱-串联质谱联用方法,测定了糖尿病脑病大鼠大脑海马区的8种脑递质的含量,从脑中神经活性物质的角度研究五味子改善学习记忆能力的作用机制.实验结果表明,经五味子治疗后,痴呆大鼠脑透析液中的谷氨酸(Glu)、丝氨酸(Ser)、多巴胺(DA)及5-羟色胺(5-HT)的含量显著降低(P0.05),牛磺酸(Tau)及乙酰胆碱(Ach)的含量显著升高(P0.01),天冬氨酸(Asp)和γ-氨基丁酸(GABA)的含量有降低趋势(P0.05),8种神经活性物质的水平均向正常水平发生了调节.此结果说明五味子可能通过调节糖尿病大鼠大脑中神经活性物质的含量发挥保护中枢神经系统的作用,从而改善糖尿病脑病大鼠的学习记忆能力.Morris水迷宫实验结果表明,五味子水提物可以明显缩短糖尿病脑病大鼠的逃避潜伏期,增加穿越目标区域次数及中心区域(%)(P0.05).     

超声刀在甲状腺手术中保护喉返神经及入喉处甲状腺组织的应用效果观察

目的探讨超声刀在甲状腺手术中对于喉返神经及入喉处甲状腺组织的保护作用。方法选取2016年1月至12月间广东省遂溪县人民医院收治的120例甲状腺疾病的患者,随机分为对照组和观察组,每组60例,对照组采用传统电刀手术,观察组采用超声刀进行手术,比较两种手术方式的效果以及对喉返神经及入喉处甲状腺组织的影响。结果相较于传统电刀手术,采用超声刀可明显缩短腺体切除时间和手术总时间,减少术中出血量,差异具有统计学意义(P0.05);两种手术方式在术后引流量和住院时间方面比较,差异无统计学意义(P0.05);观察组患者喉返神经损伤以及甲状旁腺功能低下的发生率低于对照组,但是两组间差异无统计学意义(P0.05),所有观察组患者的声音嘶哑现象均于术后3个月内恢复,而对照组有3例于3~6个月恢复,2例1年以上未好转。结论在甲状腺手术最终采用超声刀可明显缩短手术时间,减少术中出血量,利于术中对喉返神经和入喉处甲状腺组织的辨认和保护,是一种安全可行的手术方法。     

电磁辐射诱发神经元放电节律转迁的动力学行为研究

本文首先根据能量转换理论建立了电磁辐射影响下神经元电流变量模型, 然后结合Hodgkin-Huxley(HH)神经元模型研究了电磁辐射对单个神经元以及耦合神经元放电行为的影响. 结果表明, 随着电磁辐射强度的增大, 神经元放电率逐渐减小, 最后达到一个比较稳定的值. 神经元原有的周期型放电由于辐射强度的增大而逐步过渡到簇放电状态, 并借助动态分岔理论解释了这种放电模式的转换. 同时证明了磁辐射对单个神经元放电的影响可以通过神经元间的耦合传递到临近其他神经元中.     

基于样本熵的听觉神经锁相机理的实验分析

锁相是指系统的响应与周期性刺激的特定相位同步的物理现象. 听觉神经的锁相对揭示人的听觉认知基本的神经机理及改善听觉感知有重要意义. 然而, 现有研究主要集中于心理物理方法和幅度谱分析, 不能有效区分包络响应和时域细节结构响应, 不能直观反映神经锁相. 本文主要利用拔靴法和离散傅里叶变换, 提出了基于样本熵的时域细节结构频率跟随响应(temporal-fine-structure-related frequency following response, FFR_T)的神经锁相值(phase locking value, PLV)计算方法, 用于分析神经物理实验数据. 两个脑电实验结果表明: FFR_T的PLV样本熵显著大于包络相关频率跟随响应(envelope-related frequency following response, FFR_E)的PLV, 且二者正交独立, 新方法能有效地分别反映听觉系统对包络和时间细节结构的锁相机理; 基频处的响应主要来源于FFR_E的锁相; 基频处, 不可分辨谐波成分包络的锁相能力优于对可分辨谐波; 基频缺失时, 畸变产物是不同的听觉神经通路的FFR_E的混合; 谐波处, FFR_E 集中于低频, FFR_T则集中于中、高频; 听觉神经元锁相能力与声源的频率可分辨性相关. FFR_T的PLV方法克服了现有FFR分析的局限性, 可用于深入研究听觉神经机理.     

人神经母细胞瘤的磷酸化膜蛋白质组分析

针对人神经母细胞瘤SH-SY5Y细胞系的磷酸化膜蛋白质组,发展了基于多酶酶解法结合杂化硅胶基质固定化钛离子亲和色谱(Ti4+-IMAC)整体柱富集的分析策略。该方法通过对细胞裂解液进行超速离心,以及1 mol/L NaCl和0.1 mol/L Na2CO3顺序清洗,获得膜蛋白质组分。所提取的蛋白质分别经胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶和胃蛋白酶平行酶解,产生的肽段经Ti4+-IMAC整体柱选择性富集磷酸肽后,采用纳升级反相液相色谱分离和质谱鉴定,成功鉴定到43个磷酸化蛋白质,其中有14个定位于膜上。研究结果表明,采用该策略开展SH-SY5Y细胞系磷酸化膜蛋白质组学分析有望加速对该肿瘤的研究和相关潜在标记物的筛选。     

CONVERGENCE OF ONLINE GRADIENT METHOD WITH A PENALTY TERM FOR FEEDFORWARD NEURAL NETWORKS WITH STOCHASTIC INPUTS

Online gradient algorithm has been widely used as a learning algorithm for feedforward neural network training. In this paper, we prove a weak convergence theorem of an online gradient algorithm with a penalty term, assuming that the training examples are input in a stochastic way. The monotonicity of the error function in the iteration and the boundedness of the weight are both guaranteed. We also present a numerical experiment to support our results.     

Effects of Nitric Oxide on Growth and Sensitivity of Human Glioma A172 Cells to ^60Co and X-ray Radiation

Nitric oxide (NO)has been implicated both in regression and progression of tumors due to its production by both tumor cells and infiltrating lymphocytes. Ionizing radiation causes the regression of tumors, and can augment the production of NO by macrophages in vitro. The authors examined the effect of nitric oxide (NO) generating agent sodium nitroprusside (SNP) on the growth and radiosensitivity of cultured glioma A172 cells to ^60Co or X-ray radiation.