基于突触可塑性的神经信息传递的模型构建及仿真分析

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1、分类号：密级：UDC：编号：河北工业大学硕士学位论文基于突触可塑性的神经信息传递的模型构建及仿真分析论文作者：陈云芝学生类别：全日制工程硕士专业学位类别：领域名称：生物医学工程指导教师：徐桂芝职称：教授周茜讲师资助基金项目：国家自然科学基金资助项目(NO.61305077)万方数据DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofBiomedicalEngineeringMODELINGANDSIMULATIONOFNEURALINFORMATIONTRANSMISSIONBASEDONSYNAPTIC

2、PLASTICITYbyChenYunzhiSupervisor:ProfessorXuGuizhiLecturerZhouQianNovember2013ThisworksupportedbytheNationalNaturalScienceFoundationofChina.No.61305077.万方数据万方数据:~~m~Y'~~m~~~y~'~~w~~~WWW~~~W~I¥~~w'0~~~~&lfd{a::R2~8~'~if~~y~~yrp.}fuEE}¥-~±~~rlJ}$tgt3J~:g2~8~'~~~mWMI¥~~~~W~~~O~W~Plli~M~$W~~~~y~~~±m'~.

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4、}-1:::v,-,v...~3t){~i:q.y-~7«:BEft!:run~:~yllJ8:fi'HD1'f{,Itgl摘要信息化的背景加之科技的日新月异，使得电子系统电磁环境变得愈来愈复杂，而诸如接地、屏蔽、滤波等传统电磁抗扰模式的弊端日益凸显，这一现象在信息化战争中尤为显著。因此，如何有效地提升电子系统在复杂电磁环境中的可靠性与适应性，已成为现今社会生活以及军事领域中亟待解决的问题。本文基于电磁仿生防护的理念以及生物体在复杂电磁环境下的自适应抗扰优势，围绕“抗扰现象是什么”、“抗扰机理是什么”、“抗扰能力有多大”三方面，对生物体神经网络中神经信息的传递机理，突触可塑性机制与生物自适应

5、的关系，自适应神经网络模型的构建及抗扰能力分析展开了深入的研究，主要研究工作和创新点如下：首先，研究了突触在神经信息传递及处理过程中的关键作用，分析了突触可塑性与生物自适应抗扰的关系；通过对单神经元动作电位的产生、传递机理以及突触在神经元间信息传递的关键作用的深入研究，从数学和工程的角度量化了脉冲时间依赖可塑性对神经元活动的影响，进而揭示了突触可塑性是影响生物自适应抗扰特性的重要因素。其次，构建了自适应抗扰网络模型并分析该模型的自适应抗扰能力；构建基于脉冲时间依赖可塑性（SpikeTiming-DependentPlasticity，STDP）机制的单输出和多输出两种全连接式自适应前馈神经网

6、络模型。在STDP机制调控权重的条件下，结合真实生物神经网络对所构建的网络模型进行了抗扰仿真实验。结果表明，所构建的全连接式前馈神经网络模型具有一定程度的自适应抗扰能力。最后，验证了所构建的自适应前馈神经网络模型的自适应抗扰能力与STDP机制密切相关。分别在具有STDP机制和不具有STDP机制调控权重的条件下，分别对所构建的单/多输出网络模型进行抗扰仿真实验，揭示了所构建的网络模型的稳定性与STDP机制的关系：所构建的全连接式前馈神经网络的抗扰能力与STDP可塑性机制对神经元间连接权重的动态调控密切相关。本文的研究工作为将生物系统抗扰机制引入电子电路设计，进而提升复杂电磁环境下电子系统的电磁

7、防护能力奠定理论研究基础。关键字：电磁仿生防护突触可塑性STDP机制前馈神经网络自适应抗扰I万方数据ABSTRACTInformationtechnologycombinedwithtechnologyadvances,theelectromagneticenvironmenthasbecomeincreasinglycomplex.Therefore,thedrawbacksoftraditionalele