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双耳幅值差确定声源方向的神经信息处理机理研究
  • ISSN号:1000-3290
  • 期刊名称:《物理学报》
  • 时间:0
  • 分类:TP391[自动化与计算机技术—计算机应用技术;自动化与计算机技术—计算机科学与技术]
  • 作者机构:[1]浙江大学生物医学工程系,杭州310027, [2]浙江大学、生物医学工程教育部重点实验室,杭州310027, [3]中国计量学院计测工程学院工业与商贸计量技术研究所,杭州310018, [4]中国船舶重工集团公司第715研究所声纳技术重点实验室,杭州310023
  • 相关基金:国家自然科学基金(批准号:60871085); 声纳技术重点实验室开放基金(批准号:KF201301); 浙江省自然科学基金(批准号:LQ15F030003)资助的课题~~
中文摘要:

神经信息系统实质上是定量系统,应引起足够重视.关于神经系统的定量研究方面的报道比较少见.这一问题将会影响进一步的研究,如双耳声音定向.双耳定向是定量测量,用定性分析的方法无法满足要求.已有的生理实验发现声音输入信号强度与听觉神经的输出频率存在单调递增关系,所以本文中声音强度的变化被简化成神经脉冲频率的变化.本文基于圆映射和符号动力学原理,建立了神经回路定量模型,模型中对同侧输入回路采用兴奋性耦合,对侧输入回路采用抑制性耦合,并考虑神经元间突触连接的量子释放特征,采用化学耦合模型实现连接,用耦合系数表示神经元间的耦合程度.采用Hodgkin-Huxley模型仿真研究听觉神经回路的输入/输出脉冲序列关系.在已经仿真过的参数范围,模型在输入信号变化与输出脉冲频率变化间存在单调递增/递减的关系.对于单输入单输出的神经元,采用符号动力学方法进行符号化;对于多输入单输出的神经元,采用分析各输出脉冲的产生时间,判断其变化位置,从神经脉冲序列中得到对应的两耳声音幅值差变化,以此定位声源.随着输出脉冲数的增加,符号序列的长度增加,符号序列对输入信号变化敏感,能够得到较高的测量精度.仿真结果表明这个模型是定量的,神经脉冲序列能够区分信号的大小.

英文摘要:

More attention should be paid to the neural system,which is a quantitative system.There are few reports about the quantitative research on neural system.It will hinder the quantitative studies on animal binaural sound localization.The existing physiological experiments have found that there is a monotonic increase/decrease relationship between the input sound levels and the output spike frequencies of auditory neurons,so the variations of input sound level can be simplified into the change of output spike frequency of auditory neurons.In this paper,based on the theory of circle map and symbolic dynamics,a quantitative model of auditory neural circuitry is presented.In this neural circuit model,the neurons of ipsilateral input circuit propagate the action potentials as excitatory inputs,the neurons of heterolateral input one propagate the action potentials as inhibitory inputs.We also use a chemical neuronal model,which shows that the neurotransmitters released from pre-synapse vesicles have characteristics of quantitative release.The strength of the coupling between two neurons is represented by a coupling coefficient.The relationship between the input/output spike sequences of neural circuitry is simulated by using an Hodgkin-Huxley equation.In the range of simulating parameters,there is a monotonic increase/decrease phenomenon between input and output spike frequency.For the neuron with a single input and output structure,it is symbolized according to the method of symbolic dynamics;for the neurons with multi-input and single output structure,the output spike time will be used to detect the input spike frequency variations which are caused by the changes of interaural level difference(ILD),and the binaural level differences from those spike sequences are analyzed to locate the source of the sounds.With the increase of output spikes,the length of symbolic sequence increases,the symbolic sequence is sensitive to the variation of input signal.The simulation results show that the quantitative model proposed in

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期刊信息
  • 《物理学报》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国物理学会 中国科学院物理研究所
  • 主编:欧阳钟灿
  • 地址:北京603信箱(中国科学院物理研究所)
  • 邮编:100190
  • 邮箱:apsoffice@iphy.ac.cn
  • 电话:010-82649026
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-3290
  • 国内统一刊号:ISSN:11-1958/O4
  • 邮发代号:2-425
  • 获奖情况:
  • 1999年首届国家期刊奖,2000年中科院优秀期刊特等奖,2001年科技期刊最高方阵队双高期刊居中国期刊第12位
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国科学引文索引(扩展库),英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:49876