【摘 要】
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大脑是人类最重要的器官,理解大脑的结构与功能是21世纪最具挑战性的前沿科学问题。脑认知原理解析也是“十四五”时期中国脑科学与类脑研究攻关五大重点问题之一。神经网络动力学模型研究是脑行为研究中的一种重要的手段。临床研究表明神经网络的同步性与帕金森症、癫痫和精神分裂症等疾病密切相关。在实验和理论研究中表明神经元中存在一种异常突触——自突触,对神经电活动及神经网络同步起着重要的调控作用。但目前已有的理论
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大脑是人类最重要的器官,理解大脑的结构与功能是21世纪最具挑战性的前沿科学问题。脑认知原理解析也是“十四五”时期中国脑科学与类脑研究攻关五大重点问题之一。神经网络动力学模型研究是脑行为研究中的一种重要的手段。临床研究表明神经网络的同步性与帕金森症、癫痫和精神分裂症等疾病密切相关。在实验和理论研究中表明神经元中存在一种异常突触——自突触,对神经电活动及神经网络同步起着重要的调控作用。但目前已有的理论研究中多关注于自突触对于单神经元的影响,在少部分考虑自突触对于神经网络影响的研究中,却未考虑神经网络中神经元之间传递信息的突触延迟。本文将专注于研究自突触对于小世界神经网络同步发放的影响。这可以为神经同步机制的研究和帕金森症、癫痫和精神分裂症等疾病的治疗提供一些理论支持。本文构建了一个小世界拓扑结构的神经网络,其中单神经电活动模型采用Hodgkin-Huxley(HH)模型。神经元之间的突触连接采用简单的电突触,单神经元的自突触采用不同的突触类型。论文基于该模型在不同参数条件下的数值模拟求解,研究了不同类型的自突触对神经网络同步发放的影响。研究结果表明:(1)在无自突触条件下,不同的突触参数变化条件下,发现了完全不同的神经发放斑图,包括完全同步等。随着突触延迟的变化,神经发放斑图的同步性经历了非线性的、振荡式的变化。(2)通过详细对比各种不同类型的自突触发现,在特定参数条件下自突触对神经发放斑图有抑制作用,并能调控神经发放斑图的同步性。在特性的区域内,神经发放能被完全抑制,形成抑制参数区。在一些网络条件下,自突触对神经发放斑图具有决定性的影响。论文的数值计算结果与前人的相关实验定性吻合,研究为揭示自突触在决定神经复杂动力学、神经疾病形成中起到的关键性作用提供了理论支撑。该论文有图41幅,表1个,参考文献127篇。
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