忆阻Rulkov神经网络同步研究

研究电突触、化学突触以及两者共存对忆阻Rulkov神经模型集体动力学行为的影响。对于两个忆阻Rulkov神经元系统,各种耦合方式都能使系统实现同步。对于不同的耦合强度,神经元呈现不同的放电模式,如方波,三角波,脉冲放电等。当电突触、化学突触同时存在时,系统的同步更依赖于电耦合强度。对全局耦合忆阻Rulkov神经网络同步的研究表明：化学突触单独作用时,同步发生在耦合参数的某个区域范围,当化学耦合强度超过某一阈值时,同步会随着耦合强度的增加而被破坏。电突触单独作用时,系统很快到达同步状态,并且电耦合强度是决定神经元处于静止还是峰放电的关键因素,随着电耦合强度增加,神经元放电频率、振幅增大。当电、化学耦合同时存在时,耦合强度的增加使神经元由静息转变为圆弧放电,并进入同步状态。本文提供了一种通过调整耦合方式和耦合强度,控制神经网络放电模式及其同步的可能方法。     

一类自突触作用下神经元电路的设计和模拟

神经元在自突触作用下可以诱发各类放电活动的迁移, 神经元动作电位对电自突触的响应比较敏感. 通常用包含延迟因子和增益的反馈回路电流来刻画自突触对神经元动作电位的影响. 基于Pspice软件, 设计了包含自突触效应的神经元电路, 用以延迟反馈电路来模拟电自突触对电位的调制作用. 研究结果发现: 1)在外界刺激和电自突触回路协同作用下, 神经元电路输出信号可以呈现静息态, 尖峰放电, 簇放电状态. 2)在时变增大的外界刺激下和自突触回路驱动下, 神经元电路的输出电位序列在多种电活动模式之间(静息, 尖峰放电, 簇放电)交替出现, 其机理在于自突触回路具有记忆特性, 神经元对于不同的外界刺激可以做出不同模式的响应. 3)在给定比较大外界刺激下, 改变反馈回路的增益, 发现电路输出的序列也可以呈现不同模式交替, 即神经元对于相同的刺激可以通过自我调节自突触增益来产生不同模式的响应, 其机理可能在于回路的有效反馈, 这有助于理解突触的可塑性.     

基于抑制性突触可塑性的反馈神经回路兴奋性与抑制性动态平衡

大脑皮层的兴奋性与抑制性平衡是维持正常脑功能的前提, 而其失衡会诱发癫痫、帕金森、抑郁症等多种神经疾病, 因此兴奋性与抑制性平衡的研究是脑科学领域的核心科学问题. 反馈神经回路是脑皮层网络的典型连接模式, 抑制性突触可塑性在兴奋性与抑制性平衡中扮演关键角色. 本文首先构建具有抑制性突触可塑性的反馈神经回路模型; 然后通过计算模拟研究揭示在抑制性突触可塑性的调控下反馈神经回路的兴奋性与抑制性可取得较高程度的动态平衡, 并且二者的平衡对输入扰动具有较强的鲁棒性; 其次给出了基于抑制性突触可塑性的反馈神经回路兴奋性与抑制性平衡机理的解释; 最后发现反馈回路神经元数目有利于提高兴奋性与抑制性平衡的程度, 这在一定程度上解释了为何神经元之间会存在较多的连接. 本文的研究对于理解脑皮层的兴奋性与抑制性动态平衡机理具有重要的参考价值.     

融合STDP规则的忆阻联想记忆电路

脉冲时序依赖可塑性规则和联想记忆规则共同描述了神经元突触的可塑性,对生物的学习和遗忘有重要的影响。现有的脉冲时序依赖可塑性规则与忆阻器结合的相关研究,仅实现了联想记忆的学习功能。基于此,融合脉冲时序依赖可塑性规则设计了一种新的忆阻联想记忆电路。首先,分析脉冲时序依赖可塑性规则和联想记忆规则之间的联系;接着,设计一种具备延时功能的模块,融合两种规则;进一步,结合模块设计了一种忆阻联想记忆电路,实现了学习和三种遗忘功能;最后,通过PSPICE仿真验证了学习和三种遗忘功能,以及所提出方案的有效性。     

结扎家兔颈总动脉和椎动脉后额区皮质超微结构变化──突触和突起

成年家兔１５只,分实验组和对照组。实验组动物结扎双侧颈总动脉和一侧椎动脉后分成Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ组,分别存活３０ｍｉｎ,１ｈ和２４ｈ．对两侧大脑半球额区皮质的相同部位进行了电镜观察。突触活性区（突触前、后膜和突触间隙）电子密度增加,分辨不清突触间隙,在Ⅱ组这种突     

基于有机光电突触晶体管的储池计算网络

随着人工智能技术的快速发展,兼具高能效智能感知和计算的光电神经形态受到了广泛的关注.为了增强神经形态器件对不同应用场景的普适性,构建突触塑性能够灵活可调制的神经形态器件和电路至关重要.本文设计了一种基于非对称电极结构的有机突触晶体管,并利用液相制备的大面积有机超薄半导体作为光感知和计算材料.该光电突触晶体管表现出典型的光刺激后突触电流(excitatory postsynaptic potential, EPSC)、双脉冲易化(paired-pulse facilitation, PPF)和脉冲强度依赖塑性(spike-amplitude-dependent plasticity, SADP),可以实现高能效的图像降噪预处理.为了进一步满足储池计算对于突触塑性可调性和网络非线性的要求,我们制备有机n型晶体管,设计了一个基于p型和n型晶体管的突触模拟电路.该突触电路可实现从短程塑性(short-term synaptic plasticity, STP)到长程塑性(long-term synaptic plasticity, LTP)的高度可调性,以及可配置的双脉冲易化特性,显著增强了突...     

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.      

On plastic anisotropy of constitutive model for rate-dependent single crystal

An algorithm for single crystals was developed and implemented to simulate plastic anisotropy using a rate-dependent slip model. The proposed procedure was a slightly modified form of single crystal constitutive model of Sarma and Zacharia. Modified Euler method, together with Newton-Raphson method was used to integrate this equation which was stable and efficient. The model together with the developed algorithm was used to study three problems. First, plastic anisotropy was examined by simulating the crystal deformation in tension and plane strain compression, respectively. Secondly, the orientation effect of some material parameters in the model and applied strain rate on plastic anisotropy for single crystal also is investigated. Thirdly, the influence of loading direction on the active slip system was discussed.     

化学自突触的电导扰动诱导相干或随机双共振现象

神经元的自突触结构具有自反馈的作用,神经递质量子形式的释放使得自突触的自反馈作用容易受到扰动,本文重点研究了化学自突触的电导扰动对FHN神经元电生理活动的影响.首先,恰当的化学自突触参数能够产生动力学行为的分岔现象,诱导不同周期峰放电模式之间的转迁.特别地,自突触的自反馈功能会引起从混沌放电状态到周期的峰放电或准周期的簇放电状态的转迁.其次,基于神经递质释放的量子特征,借助放电频率和变异系数两个指标定量地研究自突触电导的随机扰动对神经元放电活动的影响.数值结果表明自突触电导的扰动在自反馈的作用下能够改变离子通道的活性,不仅提高FHN神经元对外加激励信号的编码效率,而且改变神经元放电活动的规则性,诱导显著的相干或随机双共振现象,其内在机制是电导扰动所引起的神经元系统不稳定的动力学分岔.本文的研究进一步揭示了自突触结构对神经元放电活动自我调节的作用,有待为生理操控自突触结构提供理论参考.     

高效液相色谱法测定羊水中兴奋性氨基酸、抑制性氨基酸的含量

建立了反相高效液相色谱法测定羊水中兴奋性氨基酸天门冬氨酸、谷氨酸,抑制性氨基酸甘氨酸含量的方法,色谱柱为LUNAC18柱(4.6mm×250mm,5μm),流动相为乙腈水(V/V),按低压梯度洗脱,梯度系统0～4min,乙腈40%;4～20min,乙腈40%～52%;20～30min,乙腈52%～60%;30～40min,乙腈60%～40%。流速0.8mL/min,柱温40℃,紫外检测波长260nm;进样量10μL。结果显示,天门冬氨酸、谷氨酸和甘氨酸三者的线性范围均为2.5～85mg/L;标准加入的回收率为99.6%～102.6%。本方法灵敏度高、测定结果可靠。用本方法对201例不同孕期的羊水作兴奋性和抑制性氨基酸检测,发现羊水中3种氨基酸随妊娠进展而增加的趋势,胎儿畸形或宫内缺氧时羊水中这3种氨基酸水平明显升高。