无标度神经元网络化学突触耦合诱导的依赖于时滞的同步转迁

研究表明,神经元体系中化学突触耦合较电耦合更加普遍.本文研究了时滞无标度热敏神经元网络中化学耦合诱导的同步转迁现象.发现,不同延迟时间下有不同形式的同步转迁行为.无时滞情况下,出现从混沌簇放电到簇同步转变;对于较小的延迟时间,从混沌簇放电到峰放电同步;对于较大的延迟时间,则间歇性地出现从混沌簇放电到峰放电的多次同步转迁.这表明,化学突触耦合诱导的同步转迁行为强烈地依赖于时滞大小.这一发现可以帮助人们更好地了解时滞和化学耦合共同作用下神经元的放电活动.

非高斯噪声增强纳米尺度钯粒子表面一氧化碳氧化反应随机速率振荡

过去的几十年里,人们对噪声的积极作用进行了广泛研究,其中,化学反应体系中噪声的作用引起人们的很大兴趣.人们研究了单晶表面和纳米粒子表面催化体系中内、外噪声对反应振荡的影响,发现了随机共振和相干共振现象.然而,在以往的研究中,人们总是用高斯噪声代替实际噪声.但实验研究表明,神经元和自催化反应等生物化学反应体系中可能存在非高斯噪声.本文研究非高斯噪声对纳米尺度钯粒子表面一氧化碳催化氧化反应速率振荡的影响.我们首先给出了不存在外噪声时体系振荡随粒子尺度的变化情况,得到了内噪声相干共振行为.其次,我们重点研究了在非高斯噪声作用下体系反应速率的振荡.发现,随着非高斯噪声与高斯噪声的偏离q的增大,振荡规律性经历了由差变好到再变差的演化,而且在某个最佳的q值,振荡变得最有规律性.我们分别给出了振荡时间序列、功率谱和信噪比随q值的变化,充分反映了上述振荡的演化情况.这个结果表明,适当的外噪声能够增强纳米尺度钯粒子表面一氧化碳氧化反应随机速率振荡,而且存在某个最佳的外噪声,使速率振荡得到最大程度的增强.同时表明,非高斯噪声可能比高斯噪声起到更大的增强作用.最后,我们对非高斯噪声增强一氧化碳反应速率振荡这一现象的物理机制作了简单讨论.指出,由于非高斯噪声与高斯噪声的偏离q直接影响到有效噪声强度,并通过有效噪声强度对反应振荡产生影响,因此,与高斯噪声的偏离亦能对反应振荡产生如噪声强度诱导的随机共振一样的效果.

与高斯噪声偏离增强Hodgkin-Huxley神经元激发相干性

自从Hodgkin和Huxley对神经元动力学行为进行开创性研究以来,内、外噪声对神经元膜电势激发的积极作用被广泛研究.以往研究中,人们通常认为噪声遵循高斯分布.然而,有关的生物学实验研究表明,在诸如神经元等感官体系中存在非高斯噪声.近十年,一类特殊形式的非高斯噪声在非线性动力学体系(包括生物体系和化学体系)中的作用受到人们的关注.本文中,我们用数值模拟方法研究该类非高斯噪声对确定性Hodgkin-Huxley(HH)神经元激发行为的影响.存在周期性刺激电流时,HH神经元膜电势V(t)激发动力学可以表示为其中C=1μF/cm2是膜电容;gNa=120mS/cm2,gK=36mS/cm2和gL=0.3mS/cm2分别为钠、钾和漏电流的最大电导;VNa=50mV,VK=-77mV和VL=-54.4mV分别为钠、钾和漏电流的逆电势.取次阈值电流I(t)=6.0+sin(0.3t).非高斯噪声η(t)满足峰时间间隔T的平均值和平方平均值.我们首先研究了偏离q对噪声强度诱导的激发行为的影响.发现q减小时,CV的最小值减小,表明较小的偏离可以增强噪声强度诱导的随机共振(SR).同时,对于较小和较大的D值,CV随q的增加分别减小和增大,表明,随D的不同,q既可以增强也可以降低激发规律性.我们重点研究了偏离度q的影响.分别在三个不同噪声强度D条件下,计算了给定相关时间τ时CV随q的变化.发现随着q的增加,CV在某个中间大小的q值处经过一个最小值,表明"偏离诱导SR"的产生.我们计算了多个不同相关时间τ时的情况,发现了类似现象.由于非高斯噪声偏离决定了噪声概率分布,而不同概率分布代表不同的噪声类型,因此,"偏离诱导SR"现象表明,不同类型的噪声可以增强激发相干,因而增强HH神经元对次阈值信号编码的时间精确性.