神经元胞体的几何分类

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神经元是包括情感和记忆在内的大脑高级神经活动的生物学基础。结构决定功能,因此脑科学中对神经元结构的研究至关重要。科学技术发展至今,人类对于人脑的探索从未停歇,而且投入越来越大,目前我国已经能够实现小鼠全脑神经元和血管的矢量化。对神经元胞体进行分类研究既能为神经元分类奠定依据,又可为神经元的功能研究提供保障,还能为神经元病变与否的判别提供依据。  本文采用K-means算法和BP神经网络对小鼠的部分神经元胞体进行分类。  首先针对原始数据的缺陷予以改进:将初始中心平移到胞体的几何中心,用均值代替出现震荡的北极点N,利用差分的方法拟合南极点数据,这样能保证胞体之间的可比性。  其次,设计仿真椭球数据采集程序,在输入椭球标准方程后,能够得到与胞体具有相同采集顺序的椭球面上点的坐标和半径,并提取特征向量。根据两个算法的分类结果,并对比已知标签,发现若两个特征向量来自同一椭球,尽管初始点位置不同,最终仍被分为同一类。这表明数据的最终分类与初始点位置、胞体是否旋转无关。根据分类结果,可以获得算法的最优参数组合。  最后,应用K-means算法和BP神经网络对神经元胞体分类。为确保分类精度,从原数据中依据统计特征选取部分数据作为训练集和验证集,并人工给予标签。比较两者的分类结果,结合图形,最终确定胞体的分类:所采用的528个胞体中,正常类胞体共434个,异常胞体类94个,并且发现BP网络的分类准确率高于K-means算法的准确率。
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