[發(fā)明專利]一種新型的神經(jīng)元集群熵編碼方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910070577.9
• 申請日: 2009-09-25
• 公開（公告）號: CN101667835A
• 公開（公告）日: 2010-03-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 田心;白文文;劉婷
• 申請（專利權(quán)）人: 天津醫(yī)科大學(xué)
• 主分類號: H03M7/40
• 分類號: H03M7/40
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

(1)研究記憶認(rèn)知過程神經(jīng)元集群電活動的編碼，是探索大腦記憶機(jī)制的突破口，為研究老年性癡呆的記憶障礙機(jī)制提供信息學(xué)的支持。(2)建立具有記憶認(rèn)知機(jī)制的、神經(jīng)元集群電活動熵編碼的理論和算法體系：研究在外界刺激(記憶事件)作用下，大腦記憶基本單位：神經(jīng)元集群到外界信息的編碼模式，為建立和發(fā)展具有記憶機(jī)制的智能研究目的本項目研究在外界刺激(事件)下，大腦神經(jīng)元集群的非線性熵編碼的理論和算法，為記憶過程中功能神經(jīng)元集群編碼信息的機(jī)制研究，提供仿真研究的支持。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)的神經(jīng)元集群編碼方法是平均發(fā)放頻率編碼和同步(相關(guān))編碼。神經(jīng)元集群平均發(fā)放編碼頻率表達(dá)是以一個窗口的神經(jīng)元集群發(fā)放平均頻率的高低來編碼刺激，若對包含多個刺激進(jìn)行編碼會產(chǎn)生“重疊災(zāi)難”；此外，“平均”不能表征神經(jīng)元集群對刺激的瞬時編碼。上世紀(jì)末發(fā)展了“動態(tài)細(xì)胞群”的時空編碼理論，認(rèn)為“動態(tài)神經(jīng)元集群”是編碼信息的基本單位，是和信息有關(guān)的神經(jīng)細(xì)胞的瞬時組合。但是諸如學(xué)習(xí)記憶這類高級認(rèn)知活動中，神經(jīng)元發(fā)放同步的發(fā)生只是一種瞬間狀態(tài)，若應(yīng)用100-200ms的生理窗口的平均發(fā)放頻率編碼，以及30-50ms窗口的同步(相關(guān))編碼，不能精細(xì)的描述神經(jīng)元集群的動態(tài)活動。因此需要發(fā)展能夠表征瞬間狀態(tài)變化的神經(jīng)元集群編碼的信息編碼理論和算法。

發(fā)明內(nèi)容

一種動態(tài)的非線性神經(jīng)元集群熵編碼的信息表達(dá)方法：

1.選定生理窗口范圍(100-200ms)為計算熵值的窗口尺寸。

2.在第k個窗口，計算神經(jīng)元群體中(M個神經(jīng)元，神經(jīng)元序號j＝1，2，...M)每個神經(jīng)元發(fā)放序列的信息熵值。對于第k個窗口中第j個神經(jīng)元：

3.選定窗口的移動步長為1/4-1/3窗口尺寸，從初始點(diǎn)開始，在時間軸上移動窗口(k＝1，2，.....N)，直到神經(jīng)元群體放電時空序列結(jié)束為止，逐個計算在N個時間窗口神經(jīng)元群體中每個神經(jīng)元的信息熵E_kj。

4.將所有的E_kj(k＝1，2，.....N，j＝1，2，...M)歸一化，繪制神經(jīng)元群體發(fā)放的熵值時空分布圖，應(yīng)用神經(jīng)元群體發(fā)放的信息熵值，劃分動態(tài)神經(jīng)元集群。

具體實(shí)施方式

1.選定生理窗口范圍(100-200ms)為計算熵值的窗口尺寸。

2.在第k個窗口，計算神經(jīng)元群體中(M個神經(jīng)元，神經(jīng)元序號j＝1，2，...M)每個神經(jīng)元發(fā)放序列的信息熵值。對于第k個窗口中第j個神經(jīng)元：

(1)計算單個神經(jīng)元發(fā)放序列放電脈沖間隔(inter-spike?interval)ISI_j，

ISI_i＝t_j+1-t_j

(2)繪制放電間隔ISI分布直方圖(柱狀圖)表示ISI的分布：

根據(jù)發(fā)放序列的特性選取柱狀圖的帶寬b，對于大鼠皮層神經(jīng)元發(fā)放序列，選取帶寬b為0.3ms到0.5ms，繪制ISI分布直方圖。

設(shè)窗口長度為L，窗口中包括柱窄帶的總數(shù)n＝L/b。

(3)設(shè)第i個窄帶中某一個ISI出現(xiàn)的次數(shù)為Si(i＝1，2，...，n)，計算Si出現(xiàn)的概率

pi=Si/Σi=1nSi(i=1,2,...,n).]]>