時滯對小世界神經(jīng)網(wǎng)絡同步和共振的作用機制研究.pdf

1、神經(jīng)科學中的同步和共振對神經(jīng)網(wǎng)絡中信號的傳播與處理有著重要的影響,在最近幾年受到越來越多的關注并被科學家廣泛地研究。神經(jīng)網(wǎng)絡的同步是指神經(jīng)網(wǎng)絡中全部神經(jīng)元同時放電或者放電呈一個固定的時間間隔的現(xiàn)象,而隨機共振則是指非線性動力學系統(tǒng)在噪聲環(huán)境中對外加弱信號刺激產(chǎn)生一個最優(yōu)輸出信噪比的現(xiàn)象。臨床證據(jù)表明一些神經(jīng)疾病,例如帕金森癥、癲癇和不自主顫栗等是由神經(jīng)網(wǎng)絡的異常同步導致的。因此,本文以Rulkov提出的二維映射模型為基礎構建小世界神經(jīng)網(wǎng)

2、絡,通過數(shù)學仿真來研究不同的網(wǎng)絡參數(shù),例如耦合強度,時間延遲和重連概率等對小世界神經(jīng)網(wǎng)絡同步和隨機共振的影響,為深入理解神經(jīng)網(wǎng)絡中的信號傳播與處理及神經(jīng)疾病的致病機理提供了理論基礎。
　　本文分別研究了在電興奮性和電抑制性突觸耦合下的小世界神經(jīng)網(wǎng)絡的同步,并詳細地區(qū)分了小世界神經(jīng)網(wǎng)絡的局部同步和全局同步。仿真結果表明,時間延遲即可以促進網(wǎng)絡的同步又可以抑制網(wǎng)絡的同步,即同向同步區(qū)域和反向同步區(qū)域交替出現(xiàn)。網(wǎng)路的重連概率對小世界網(wǎng)絡

3、的同步具有復雜的影響,無論是在電興奮性突觸還是在電抑制性突觸耦合下,局部同步幾乎不受重連概率變化的影響,而重連概率主要對小世界神經(jīng)網(wǎng)絡的全局同步有重要影響,即在特定的時間延遲下,隨著重連概率的增大,也就是神經(jīng)網(wǎng)絡越接近隨機網(wǎng)絡,越容易引起神經(jīng)網(wǎng)絡的全局同向同步。
　　研究發(fā)現(xiàn)神經(jīng)網(wǎng)絡隨機共振的發(fā)生與起搏器的引起位置無關,與同步類似,時間延遲即可以促進也可以抑制小世界神經(jīng)網(wǎng)絡的隨機共振,且隨機共振依次出現(xiàn)在時間延遲等于起搏器振蕩周期