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神经元集群自持续放电活动的层次网络仿真模型与分析方法
  • ISSN号:1000-6737
  • 期刊名称:《生物物理学报》
  • 时间:0
  • 分类:Q189[生物学—神经生物学;生物学—普通生物学]
  • 作者机构:[1]南昌大学生命科学研究院认知功能与疾病研究室,南昌330031, [2]复旦大学计算机科学技术学院上海市数据科学重点实验室,上海200433
  • 相关基金:国家自然科学基金项目(61375122,81373556);国家“十二·五”计划项目(2012BAI37B06);中国博士后基金项目(2014M551324)
中文摘要:

神经元集群的自持续放电活动是大脑内广泛存在的现象,其被证实在大脑的工作记忆与目标导向等行为中有重要体现。作者以非线性的整合发放(integrate-and-firing,IF)神经元模型为网络节点,构建了具有小世界特征的层次网络仿真模型,以研究自持续活动中神经元发放的一些特性。在合适的模型参数下,层次网络能产生自持续放电活动,其整体发放频率在撤掉外部刺激之后的20 s内比较稳定,而层次内部发放频率的高低与层次顺序无关。整体发放频率关于突触连接数量与短路径密度都呈现出先正关系增长再达到饱和的趋势,同时,规模越大的神经元网络的整体发放频率对短路径密度更为敏感。研究结果对揭示大脑神经元功能性核团之间的相互作用机制具有重要意义。

英文摘要:

Self-sustained firing activity of neurons cluster is a widespread phenomenon in the brain, and is confirmed that it has important manifestation in working memory and goal-directed behavior and so on. In this paper, with the nonlinear Integrate-and-fire (IF) neuron model as network node, the authors built the hierarchical modular networks of spiking neurons, combined with the characteristics of small-world network, to study some properties of neurons firing during self-sustained activity. Under the appropriate model parameters, the hierarchical network could produce self-sustained firing activity, as its overall firing rate was stable in the previous 20 s after removal of external stimuli, while the firing rate of inner hierarchical network was irrelevant of its order. The overall firing rates with respect to the number of synaptic connections and shortcut density showed a trend of growing during the early period and then getting saturated. At the same time, the bigger the scale of neural network was, the overall firing rate was more sensitive to shortcut density. These results are of great significance to reveal the interaction mechanism between functional nucleuses in the brain.

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期刊信息
  • 《生物物理学报》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科协
  • 主办单位:中国生物物理学会
  • 主编:沈恂
  • 地址:北京朝阳区大屯路15号生物物理研究所内
  • 邮编:100101
  • 邮箱:acta@sun5.ibp.ac.cn
  • 电话:010-64888458
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-6737
  • 国内统一刊号:ISSN:11-1992/Q
  • 邮发代号:
  • 获奖情况:
  • 二次获得中国科协优秀科技期刊奖
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),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:7189