基于基底神经节机理的行为决策模型

基底神经节是大脑深部一系列的神经功能核团的总称，主要与周围的大脑皮层，丘脑，小脑和脑干相连.基底神经节的主要功能是参与运动调节和随意运动控制，特别是行为的决策确定和动作选择.本文主要介绍基于基底神经节机理的行为决策确定模型，重点综述决策确定和动作选择的理论模型进展.这里首先介绍了基底神经节的解剖结构，即输入核、输出核、多巴胺系统和中继核，进而描述了基底神经节的功能连接(直接通路、间接通路和超直接通路)，然后基于基底神经节的多个皮质-BG回路之间的相互作用，概述了决策模型在运动和行为选择等方面的理论模型，主要有Gurney的选择-控制模型、Humphries的神经元群模型、Frank的认知决策模型、Wang X J的选择决策模型和Rabinovich相空间动力学选择模型等.最后讨论了这些理论决策模型和大脑疾病(帕金森病)的相互关系等.     

神经元模型中混合模式振荡动力学研究进展

混合模式振荡(mixed-mode oscillations以下简称MMOs)是产生于动力系统中的一种复杂的振荡模式,它在自然界中是普遍存在的.混合模式振荡由一系列的小振幅的振荡和大振幅的振荡共同组成,两种模式的振荡交替出现.文章介绍了在神经元系统中混合模式振荡的研究情况和研究方法,主要分析几何奇异摄动理论在动力系统中混合模式振荡的产生机理的作用,并且介绍前包钦格复合体、内嗅皮层的星状细胞和垂体细胞神经元及腺体细胞的混合模式振荡的动力学研究,简单说明其他神经元模型的混合模式振荡的研究情况.为以后的其他领域的混合模式振荡的研究提供了方法.     

神经元环路中主神经元的模型分析

神经元环路是大脑神经系统的基本单元,而环路的信息输出则由主神经元所决定.本文通过对小脑皮层、嗅球和海马CA1三类不同环路中的主神经元：浦肯野神经元、僧帽神经元和锥体神经元建立给予神经元几何形态和电缆传递的多房室模型,通过它们的动作电位分析和比较,说明不同类型的外界刺激,三个环路中主神经元动作电位的区别;并进一步比较对同类刺激,三类主神经元动作电位的不同,模型验证它们所属环路在神经系统中所起的不同输出功能.     

Pre-Btzinger中间神经元模型的动力学分析

通过对Pre-Btzinger复合体中兴奋性中间神经元模型的研究,从神经元动作电位和峰峰间距(ISIs)的角度考察了模型簇发放中所蕴含的动力学特性.通过对神经元膜电容、平衡电位以及离子通道电导系数等电生理参数的考察,得出了神经元动作电位ISIs序列的各种周期分岔现象,如:加周期分岔和倍周期分岔.通过模型结果可以进一步理解Pre-Btzinger复合体中兴奋性中间神经元簇发放的转化模式和编码特性,并为研究这些簇发放特性对呼吸节律的影响提供线索.     

浦肯野神经元回路中的同步性研究

浦肯野神经元是小脑皮层唯一的输出神经元,其传入纤维主要包括来自橄榄核的盘状纤维和来自皮层颗粒神经元的平行纤维.基于与实际神经系统十分相似浦肯野神经元回路模型,本文研究了回路中三种神经元(浦肯野神经元,颗粒神经元,盘状纤维)的相位响应曲线(PRC)并结合它们各自的f-I曲线对来区分三种神经元的兴奋性;进而对不同类型的神经元之间的同步性进行分析,着重考察了不同神经元之间突触的电导系数与浦肯野神经元树突上的Ca P电导系数的影响等,分析结果显示神经元之间同步性对于它们信息传递起着重要作用.     

基于STDP学习规则的视网膜神经回路的特性

基于视网膜的生理解剖结构,构建了包括视锥细胞、水平细胞、双极细胞、AII无长突细胞、神经节细胞、外侧膝状体核和ON通路与OFF通路的视网膜神经回路模型,并在神经节细胞层和外侧膝状体核层的突触连接中引入STDP(Spike-Timing Dependent Plasticity)学习规则,通过添加单一图形刺激和交替图形刺激,比较神经节细胞和外侧膝状体核的电位发放、发放频率以及两者之间突触权重的变化,研究视网膜神经回路的信息传递特性.结果表明:构建的神经回路模型可有效地将光照强度信息转化为发放时序频率信息,且表现出生物视网膜的信息结构特性;STDP学习规则的引入使得外侧膝状体核层接收了相应的刺激模式并学习记忆了这种模式,且ON通路和OFF通路表现出学习独立性;STDP学习规则可以对交替出现的图形刺激,在突触权重的空间分布上进行叠加,且重叠部分的学习效果更加显著.     

Pre-B(o)tzinger中间神经元模型的动力学分析

摘要通过对Pre - B(o)tzinger复合体中兴奋性中间神经元模型的研究,从神经元动作电位和峰峰间距(ISIs)的角度考察了模型簇发放中所蕴含的动力学特性.通过对神经元膜电容、平衡电位以及离子通道电导系数等电生理参数的考察,得出了神经元动作电位ISIs序列的各种周期分岔现象,如:加周期分岔和倍周期分岔.通过模型结...     

大脑中神经回路的电位发放比较

通过对大脑神经中存在的四个回路：嗅球网络、小脑皮层、海马结构和丘脑皮层,建立基于解剖的神经元回路模型,对四种神经元回路中神经元的动作电位进行数值模拟,通过外加刺激来研究四种回路的网络特性,得到丰富的发放模式,分析比较这四种回路中信息传递特性,模拟大脑中神经元网络信号传递特性.     

基于WLC模型的七鳃鳗神经系统数值分析

采用描述抑制连接的WLC模型分析外界刺激对七鳃鳗左右运动神经元的影响,并利用WLC模型模拟七鳃鳗神经系统的动作电位,结果表明,在直流刺激和交流刺激2种方式下,左右运动神经元的电位发放出现相互交替的变化.在交流刺激情况下,当刺激频率改变时,运动神经元的ISI序列出现加周期现象.这些数值结果解释了外界刺激情况下七鳃鳗的实验现象.     

基于学习的多目标脑决策模型研究

多目标决策在大脑的认知功能中起着关键的作用.在本研究中,我们将一个额叶视区网络模型扩展为一个基于学习的模型,并训练这个模型使其完成一个认知决策任务——non-choice任务,然后用模拟结果解释大脑在进行多目标选择时的认知过程.经过上千次训练后,额叶视区模型从随机选择决策目标转变为选择与最大奖励相关联的决策.在训练过程中,模型的多目标决策顺序也与目标关联的奖励梯度相关.此外,改变不同决策间的奖励差对模型的决策速度有重要的影响,可以使模型进入两种学习阶段:快速学习阶段和慢速学习阶段.