动力学视角下复杂生物神经网络的特性及建模分析

大脑是人类最复杂的器官,能够帮助人体处理、解决复杂的外部信息。近年来,从动力学角度对神经网络的建模进行研究已成为一个前沿性课题。由罗晓曙、韦笃取、蒋品群等编著,科学出版社出版的《复杂神经网络的建模与动力学行为研究》,系统介绍了复杂生物神经网络的建模,并对复杂生物神经网络的兴奋特性、随机共振、相干共振及最优同步和混沌涌现特性进行研究,其数值模拟成果可为国内外研究该领域提供有效参考。全书分为8个章节。

盆底康复综合治疗仪生物神经电刺激穴位治疗产后尿潴留患者的疗效分析

研究盆底康复综合治疗仪生物神经电刺激穴位治疗产后尿潴留患者的临床疗效。方法 选择我院在2023年4月至2024年4月期间收治的50例产后尿潴留患者,随机分组,比较两组患者的各项临床疗效。结果 观察组患者的各项临床疗效均高于对照组(P<0.05)。结论 尿潴留患者通过盆底康复综合治疗仪生物神经电刺激穴位进行治疗,可提升其临床效果,值得推广。

生物神经信号采集与模式识别

研究并实现了生物神经信号实时采集和分析系统,其集生物信号采集、模式识别、反馈控制于一体;设计了交替缓冲方法实现采集和存储的数据共享;提出了多速率压缩算法以实时分析采集信号的特征;给出了生物神经信号的模式识别的准则。该系统已在生物神经信号采集中得到实际应用。

FPGA在生物神经系统模型仿真中的应用

介绍了一种利用现场可编程门阵列(FPGA)对生物神经系统模型进行高速并行硬件仿真的新方法。提出了流水线算子和流水线模型的概念,为单核心多模型的实现方案提供了严格的数学推导。完成了12级流水线FPGA流程的设计,再现了Morris-Lecar神经元模型的非线性动力学特性。对设计方案的效率、计算误差以及硬件资源的消耗情况进行了详细的统计分析。

具有生长和衰老机制的生物神经网络的兴奋特性研究

在具有侧向抑制机制的小世界人工生物神经网络中,对神经元的放电特性引入增长和衰老机制,构建具有模仿实际生物神经网络生长和衰老功能的网络模型。为了研究该网络模型表现出来的发放电的特性与实际生物神经网络行为之间的一些关系,本研究数值仿真分析了该网络模型在不同噪声强度和不同耦合强度下的兴奋特性,发现模拟结果与实际生物神经网络在神经细胞处于生长发育或衰老时,对外界刺激所表现出的兴奋效应及其饱和效应有一定程度上的相似性,研究结果对探索实际生物神经网络的兴奋特性和放电节律具有较好的参考价值。

生物神经网络计算机仿真中数学建模与信号处理

由神经元通过突触联结而组成的生物神经网络可以处理信息和产生特定的电特性 ,认知神经网络信息的产生和传递机理 ,对生物医学具有重要意义 .由于神经网络内部复杂的非线性反馈 ,从微观的生理结构进行各种可能的实验十分困难 .通过分析神经网络的生理和生化结构 ,将信息学与生物医学相结合 ,利用计算机仿真可以系统地分析神经网络的内部结构和外部属性 .为此 ,设计和实现了生物神经网络的计算机仿真系统 ,该仿真系统涉及生物神经网络的等效电路、数学建模、数据表达、信号处理和并行运算等 ,其已在许多科研机构和高等院校得到应用 。

生物神经网络系统的动力学研究进展及展望

生物神经网络系统是复杂的非线性动力学系统,其动力学研究是国内外关注的一个重要课题。本文概括性地介绍神经网络系统的动态特性及影响因素,包括时滞和噪声对神经元网络的同步,同步转迁和随机共振的影响,并且介绍神经网络系统的建模问题。由于生物神经网络通常是动态的系统,因此建立模型要考虑网络如何受时变连接方式的影响,最后对今后研究给出一些展望。

小世界生物神经网络的同步性能研究

同步现象在自然界和人类社会中广泛存在。研究了由Hodgkin-Huxley(H-H)模型构成的小世界生物神经网络的同步性能。通过数值模拟,得到了标准差σ随耦合强度c、网络规模N以及近邻个数K的变化曲线。研究结果表明:神经元之间的耦合强度在一定范围内小世界生物神经网络能实现同步,而且大网络比小网络更容易同步,近邻个数多会破坏网络的同步。

基于牵制控制的HR生物神经网络的线性自抗扰同步

考虑以Hindmarsh-Rose生物神经元为节点的复杂网络同步问题。鉴于同步算法通常调节节点间的耦合强度,而耦合强度可能无法改变;此外,同步受到各种干扰的影响,基于牵制控制策略,设计线性自抗扰算法,依据受控节点的同步偏差以及网络节点间的耦合实现网络同步。仿真中,固定耦合强度为较小的数值,分别获得了干扰不存在和存在时的网络同步。结果表明,线性自抗扰控制能够实时估计和补偿干扰,保证网络同步性能,避免了同步算法过于依赖网络模型、抗扰性能不佳的不足。

生物神经网络仿真中数据表达和并行处理

生物神经网络可以处理信息和产生特定的电特性,理解其信息产生和传递机理,对生物学将具有重要的意义。由于神经网络内部复杂的非线性反馈,进行各种可能的实验十分困难。为此,将信息学与生物学相结合,数学模型与实验数据相结合,建立了神经网络计算机仿真系统。在该仿真系统中,提出了面向对象的数据表达,并实现了并行处理,从而极大地提高了仿真系统的效率。该仿真系统已在许多国家科研和教学机构得到广泛使用。

体外构筑生物神经网络方法述评

受人工神经网络研究的推动,也由于神经器件研究的需要,探索大脑思维机制的启发,人工控制生物神经网络形成的方法近年受到了人们的重视.下面综述体外控制生物神经网络形成的几种方法,并对它们的特点作适当评述.

HR生物神经网络的抗干扰控制研究

生物神经网络节点间的运动同步广泛存在于生物神经网络之中。针对网络节点运动同步控制律复杂、难以实现,抗干扰性能不佳等制约网络运动同步性能的关键因素和同步控制的设计难点,提出以Hindmarsh-Rose(HR)生物神经元为节点,构造具有小世界连接特性的生物神经网络,并利用抗干扰同步控制算法,仅依据网络节点间的同步状态偏差,获得不同外部激励下HR生物神经网络的完全同步。仿真结果表明,抗干扰控制能够实时估计和补偿生物神经网络同步中的各种扰动,获得良好的网络同步效果。

生物神经网络

本文试图从人工神经网络与神经生物学相互作用和相互映射的角度,概述那些与神经网络建模明显地或含蓄地相关的神经生物学的基本事实和最新研究进展.本文叙述的逻辑是遵循生物神经系统的组织层次和功能层次,从较低的组织与功能层次逐章地向较高的组织和功能层次过渡.

生物神经元的一个统计模型初探

从对兔的实验结果和生物神经元反应的一般特征出发，模拟建立一个表征生物神经元反应特征的统计模型，对该模型的定性和计算机数值解分析表明：该模型在一定范围内与现有模型及实验相吻合。

生物神经元网络与人工神经网络

神经网络包括两个主要方面,即人工神经网络(Artificial Neuronetwork, AN^2)和由真正的生物神经元组成的网络(Biological Neuronic Network, BN^2)。早在1906年,卡杰尔(Cajal)在其创立的“神经元学说”中就已奠定了生物神经元网络的理论基础。近10年来,在人工神经网络——神经计算机研究的推动下,生物神经元网络的研究,也受到广泛的重视。日本“人类前沿科学计划”和伦敦智囊团会议都提到,应用信息科学、计算机科学等最新的科学理论、方法和技术阐明大脑信息加工原理,是当前和今后生物功能研究的焦点之一。但目前人们对生物神经元网络信息的存储。

刺激引起的小世界生物神经网络同步

同步现象广泛存在于脑神经活动中。本文构造了一个具有小世界连接特性的生物神经网络,数值模拟研究了外加刺激频率引起的放电同步现象。同时考虑网络结构对同步的影响,取网络耦合强度作为参量来研究它对网络同步的影响。研究发现,在某一个特定的共同外加刺激频率下,生物神经网络会出现尖峰同步放电现象。当网络的耦合强度增大时,使网络产生同步现象的频率点将会逐步增多。仿真结果表明不同的生物神经网络结构对输入信号的频率具有不同的选择性。

基于互信息的生物神经网络功能性连接辨识

生物神经网络(BNN)功能性连接的辨识方法被广泛地应用于使用BNN的多通道时间序列数据构建网络连接结构,帮助加深对BNN结构和功能间关系的认识和理解。首先,建立基于积分点火(IF)机制的BNN模型,获得多通道神经元脉冲序列;然后,运用互信息(MI)方法计算出各神经元间的MI值,超过一定阈值的MI表明两个神经元间存在相互连接关系。仿真结果表明:基于MI的网络辨识方法计算开销较小,对BNN功能性连接结构具有较高的辨识度。

生物神经网络的建模与仿真

生物神经网络系统是由许多的神经元之间通过突触相互连接起来,通过突触传递电信号,并且具有相当复杂的非线性网络系统。通过人工构造生物真实性的脉冲神经网络(Spiking Neural Networks,SNN)模型来模拟真实的神经元放电行为。首先,建立基于积分点火(Integrate-and-Fire,IF)机制的SNN模型;然后,确定模型中的参数,并对一个神经元和多个神经元网络进行仿真;最后,对比模型仿真的放电行为和真实神经元放电行为。仿真结果表明:基于IF模型的生物神经网络仿真能较好地逼近真实的生物神经网络。

生物神经网络信息加工机理研究动向与展望

生物神经网络信息加工机理研究动向与展望中日友好临床医学研究所生物物理研究室陈惟昌神经网络的研究是当前数理科学、信息科学和生命科学的共同关注的焦点。生物神经网络同构模型的建立与信息加工机理的研究，则是人工神经网络理论与生物神经网络研究相互结合以阐述大脑...

基于生物神经元的PID控制器及其应

提出了一种新型的增益自调整的动态神经元PID控制器 ,该控制器具有非线性滤波和增益自调整等优良特性 .由于所采用的生物神经元动态模型 (ShuntingModel)具有模型稳定、输出光滑、有界的特点 ,使得控制器的输出有界且光滑 ,从而可以利用这种控制器构造一类柔性、安全的控制系统 .通过倒立摆系统控制的仿真研究 ,验证了该控制策略的有效性和鲁棒性 .