自突触对HH神经元正弦信号响应的调节

自突触是神经系统中的一类特殊的突触,连接神经元与其自身,也构成了神经系统中最短的信号反馈回路。神经元对外界信号的整合和响应受到自突触调节,有着重要的生理意义和丰富的动力学现象。基于计算模型方法,本文研究了自突触对Hodgkin-Huxley神经元响应外界信号的调节行为。无自突触作用条件下,神经元对不同阈值上正弦信号刺激产生不同锁模形式的动作电位响应,而对阈值下信号需在噪声背景下才能随机响应动作电位。自突触作用的加入,神经元对阈值上正弦信号的响应会被调制,锁模行为发生改变。同时也会出现一些不随自突触变化的刺激信号频段。另外,自突触也能够增强神经元对阈下信号的探测能力,随着突触作用延迟时间增加,神经元的响应会出现自突触诱导的共振现象。     

基于短时程突触可塑性的随机Hodgkin-Huxely神经元网络

根据神经元囊泡释放与离子通道随机切换的生理学机制,给出一个基于短时程突触可塑性的随机HH神经元网络模型,并讨论了通道噪声与突触噪声对网络发放行为的效应,以及易化与抑制对突触效能的影响.     

Hodgkin-Huxley神经元系统的随机动力学研究

真实的神经元是处在一个充满噪声的复杂生物环境之中．这些内噪声对单个神经元动作电位发放的影响是当前热点之一．针对神经生物学中的Hodgkin—Huxley方程描述这一经典的理论模型，将其转化为随机微分方程形式，利用随机路径分析方法探讨了内噪声对神经元动作电位发放动力学过程的作用．理论结果表明，内噪声存在时动作电位的发放形式偏离无噪声时的概率很小．初步认为内噪声对动作电位发放过程的影响可以忽略，即神经元系统动作电位发放的动力学机制自身存在内禀的鲁棒性。     

随机共振神经元利用噪声辅助进行信号传输特性分析

根据生物神经元是利用噪声通过随机共振机制进行信息处理的现象,以阀值神经元为例,采用香农第二定理,分析了双极性信号和白噪声通过由多个神经元串联或并联组成的系统的输出情况,从品质因数、传输长度等角度对多个神经元串联系统的输出特性随噪声强度变化进行了分析．实验结果表明：系统存在随机共振现象,即存在最优的噪声量可以最大限度地增强信息传输;串联时传输信息量随级数的增大而减小,并联时正好相反;噪声的分布形式只影响共振效应的强弱,而不影响系统的随机共振特性;均匀白噪声比高斯白噪声有更强的共振效应．从而说明了噪声对信息传输的积极作用．     

信号噪声下整合发放神经元模型的随机共振

文章基于整合发放神经元模型,研究了信号噪声与背景噪声共同作用下神经元系统的随机共振现象。利用随机平均法推导出了神经元系统的输出幅值增益精确表达式,并考察了背景噪声、信号噪声相关时间和信号噪声与背景噪声两噪声的关联强度对神经元系统输出幅值增益的影响。通过数值模拟发现,当背景噪声较弱时,神经元系统有明显的随机共振现象;当信号噪声自相关时间较短及背景噪声与信号噪声间两噪声间关联强度较小时,神经元系统也会出现随机共振现象。     

整合发放神经元模型突触输入参数估计

文章针对突触输入和噪声共同作用下的整合发放神经元模型,在不考虑放电阈值前提下,采用最小二乘法估计突触输入参数;当考虑神经元放电阈值特性时,将放电阈值看成一个吸收边界,导出膜电位转移概率密度函数,再利用极大似然法估计突触输入参数。结果表明:最小二乘估计仅适合阈下活动的参数估计,而对阈上活动无效;极大似然估计适用于神经元放电的阈值行为;无论是从适用范围还是估计精度来说,极大似然估计都要优于最小二乘估计。     

分形高斯噪声驱动的神经元反馈模型中的随机共振现象

基于脑神经科学中的长程相关性和谱幂律形态的普遍性,使用分形高斯噪声建立了一类非线性神经元随机模型,研究了分形高斯噪声在非线性神经元模型中的增强信息传输作用。主要研究一般的反馈神经元模型中,加性分形高斯噪声诱导阈上随机共振现象发生的条件,满足一定条件的噪声强度和系统的Lipschitz条件的随机动力系统可发生阈下随机共振或阈上随机共振现象。理论和模拟结果都显示受分形高斯噪声激励的非线性神经元系统在二值输入的状态下互信息随着噪声强度的变化会达到最大值,并出现单峰状态,从而产生阈下随机共振和阈上随机共振现象。随机共振的现象发生与分形高斯噪声的Hurst指数有关。通过模拟,验证了分形高斯噪声可以增强神经元的信息传输作用。     

衰老大鼠学习行为与海马突触相关蛋白表达的研究

研究衰老大鼠的学习行为与海马内突触相关蛋白的表达．运用Y-迷宫方法对幼年对照组（断乳期）和老年期（22月龄）雄性Sprague—Dawley大鼠进行Y-迷宫空间学习记忆行为训练,之后利用免疫组化和Western blot方法检测2组大鼠海马内突触素（synaptophysin,Syn）、生长相关蛋白（GAP-43）的表达情况．研究结果：（1）2组相比,老年组的学习能力较强,幼年对照组记忆能力较强（P〈0．05）;（2）生长相关蛋白GAP-43在老年组海马内的表达显著高于幼年对照组;而突触素的表达低于幼年对照组（P〈0．01）．提示,GAP-43和突触素可能参与大鼠空间分辨学习记忆的过程,老年大鼠的中枢神经系统保持着潜在的神经元退化修复的功能．     

基于新型神经元模型上的突触可塑性建模

提出的一种新型神经元模型．利用Eric R Kandel的工作成果，抓住神经递质调节突触活动过程的主要特征．在较微观的层次上．抽象出了突触可塑性模型．该模型包含了Eric R Kandel和他的同事所总结的神经递质信号调节突触的后3种方式．它可以和新型神经元模型结合起来．可以对突触连接权值函数进行修饰．最后对可塑性模型的计算复杂性作了简单的说明．并讨论了该可塑性模型与Hebb理论和STDP的不同之处．     

超声清洗空化噪声对大白鼠学习记忆影响的研究

探讨了超声清洗空化噪声对大白鼠学习记忆能力的影响．将20只大白鼠随机分为实验组和对照组，每组10只，实验组置于工作频率为20kHz、功率为600W的超声清洗机辐射出的空化噪声环境中，每天8h，共14d．通过水迷宫实验，观察其学习和记忆指标．结果显示，超声清洗空化噪声可使大白鼠学习记忆能力下降，随作用时间延长，大白鼠疲倦、迟钝等反应加重，体重增长变缓．     

基于自联想记忆算法的图像缩放研究

针对图像缩放中的问题,提出基于自联想记忆算法。首先确定自联想记忆最小上界和最大下界,自联想记忆每个层之间的神经元通过最近域互连接方式连接信息交替,能够在神经系统缺损信息时通过自联想记忆恢复出原来存储的完整记忆模式;接着所有神经元节点采用同步方式调整状态,利用均场定理加快自联想记忆神经网络学习速度;最后给出了图像缩放算法过程。实验仿真显示算法输出图像能够较好地保持原图像内容,峰值信噪比(PSNR)比较大。     

Optogenetic stimulation of a hippocampal engram activates fear memory recall

A specific memory is thought to be encoded by a sparse population of neurons. These neurons can be tagged during learning for subsequent identification and manipulation. Moreover, their ablation or inactivation results in reduced memory expression, suggesting their necessity in mnemonic processes. However, the question of sufficiency remains: it is unclear whether it is possible to elicit the behavioural output of a specific memory by directly activating a population of neurons that was active during learning. Here we show in mice that optogenetic reactivation of hippocampal neurons activated during fear conditioning is sufficient to induce freezing behaviour. We labelled a population of hippocampal dentate gyrus neurons activated during fear learning with channelrhodopsin-2 (ChR2) and later optically reactivated these neurons in a different context. The mice showed increased freezing only upon light stimulation, indicating light-induced fear memory recall. This freezing was not detected in non-fear-conditioned mice expressing ChR2 in a similar proportion of cells, nor in fear-conditioned mice with cells labelled by enhanced yellow fluorescent protein instead of ChR2. Finally, activation of cells labelled in a context not associated with fear did not evoke freezing in mice that were previously fear conditioned in a different context, suggesting that light-induced fear memory recall is context specific. Together, our findings indicate that activating a sparse but specific ensemble of hippocampal neurons that contribute to a memory engram is sufficient for the recall of that memory. Moreover, our experimental approach offers a general method of mapping cellular populations bearing memory engrams.     

单电子晶体管/场效应管混合存储单元数值分析

基于背景电荷不敏感单电子晶体管／场效应晶体管混合存储单元利用单电子晶体管源漏电流随栅电压周期振荡的牲工作,以半经典的单电子正统理论为基础,采用计算机数值模拟的方法,分析了背景电荷不敏感单电子晶体管／常规场效应晶体管混合存储单元的工作原理和基本特性,提出了存储单元中分别以三结电容耦合单电子晶体管和电子旋转栅替代双结单电子晶体管的新结构,其主要思想是通过增加单电子器件中的串联随道结数来抑制各种噪声。模     

自适应强跟踪容积卡尔曼滤波算法

提出了一种自适应强跟踪容积卡尔曼滤波算法(ASTSCKF),该算法在平方根容积卡尔曼滤波算法(SCKF)步骤中引入强跟踪滤波器(STF),通过渐消因子在线修正一步预测误差协方差矩阵,强迫输出残差序列正交,使得算法具有应对系统状态突变等不确定因素的能力,增强了算法的鲁棒性;结合改进渐消记忆时变噪声统计估计器,对噪声方差阵进行实时在线估计,有效解决了SCKF算法由于噪声统计不准确、未知或时变性带来的滤波发散问题,使其具有应对噪声变化的自适应能力。仿真实验结果表明：ASTSCKF算法在系统状态发生突变并且噪声变化的情况下,能够表现出良好的滤波性能,较SCKF算法有更强的鲁棒性以及噪声变化的自适应性。     

一种实时说话人身份识别系统的设计

设计一种以TM S320VC5402为核心,外围扩展语音编解码器、程序存储器、语音存储器等集成电路,基于定点数字信号处理器的实时说话人身份识别的系统.通过为每个语音命令设置3个模板的预留空间,使每个语音命令可以有3个模板参与识别,避免说话人语气和语调的变化产生的影响.在比较嘈杂的环境下,系统的正确识别率超过87%.处理器VC5402从识别中断并响应中断到CPU进入中断服务程序的第1条指令,需要20个时钟周期,系统的平均处理时间小于0.2 s.     

弧焊机器人用数控焊接变位机控制中的零漂和干扰问题

对弧焊机器人用数控变位机的高精度位置伺服控制中的干扰及零漂问题进行了研究 ,分析了干扰和零漂的来源及种类 .利用屏蔽、光电隔离等措施抑制干扰 ,同时采用内存驻留编程技术消除零漂 .实验表明 ,通过以上措施 ,有效地消除了零漂和干扰的影响 ,提高了系统的控制精度     

映射神经元前馈环网络基元中的随机共振和相干共振

采用映射神经元模型,通过数值模拟方法研究了由3个神经元组成的前馈环（Feed—Forward—Loop,FFL）网络基元中噪声对体系非线性动力学行为的影响．由3个神经元组成的前馈环网络基元,因神经元本身分为兴奋和抑制两种类型,共有8种不同的形式．通过对不同类型前馈环网络基元的数值模拟,在多种类型的前馈环中发现了随机共振及相干共振现象．在对不同前馈类型及不同耦合强度下的结果进行比较后,发现不同的前馈形式及耦合强度对体系的动力学行为有着非常重要的影响．     

Analysis of a spatial orientation memory in Drosophila

Flexible goal-driven orientation requires that the position of a target be stored, especially in case the target moves out of sight. The capability to retain, recall and integrate such positional information into guiding behaviour has been summarized under the term spatial working memory. This kind of memory contains specific details of the presence that are not necessarily part of a long-term memory. Neurophysiological studies in primates indicate that sustained activity of neurons encodes the sensory information even though the object is no longer present. Furthermore they suggest that dopamine transmits the respective input to the prefrontal cortex, and simultaneous suppression by GABA spatially restricts this neuronal activity. Here we show that Drosophila melanogaster possesses a similar spatial memory during locomotion. Using a new detour setup, we show that flies can remember the position of an object for several seconds after it has been removed from their environment. In this setup, flies are temporarily lured away from the direction towards their hidden target, yet they are thereafter able to aim for their former target. Furthermore, we find that the GABAergic (stainable with antibodies against GABA) ring neurons of the ellipsoid body in the central brain are necessary and their plasticity is sufficient for a functional spatial orientation memory in flies. We also find that the protein kinase S6KII (ignorant) is required in a distinct subset of ring neurons to display this memory. Conditional expression of S6KII in these neurons only in adults can restore the loss of the orientation memory of the ignorant mutant. The S6KII signalling pathway therefore seems to be acutely required in the ring neurons for spatial orientation memory in flies.