1、1第六届全国复杂网络学术会议生物神经网络系统的突触连接的可塑性与学习记忆功能北京航空航天大学 陆启韶2010.10.17目录一、生物神经网络系统二、 神经突触可塑性动力学研究三、神经 学习记忆功能 研究四、一些思考2前言n 生命体主要活动：物质运动 - 机械、电磁、化学等作用信息活动 - 生长信息、认知信息、集群信息这两种 活动 密切相关，为此需要深入研究它们的相互作用。生物神经网络系统的动力学研究突出地反映这个问题。n 复杂网络系统的理论已经重要成果，当前的一个发展趋势是在生物网络系统中的应用。 ian34一、生物神经网络系统神经元神经元集群脑的特定区域皮层的大规模组织全脑大脑生物神经网络系
2、统概述（一）生物神经系统作为产生感觉、学习、记忆和思维等认知功能的器官系统，是多层次的超大型信息网络，也是目前发现的最复杂的非线性网络系统。 神经信息传导和整合过程是通过神经网络系统实现的，因此神经系统的网络动力学行为与其信息活动和认知功能密切相关。为了进一步探讨脑神经信息传导过程和认知、思维、控制等功能的需要，必须深入研究神经网络系统的丰富动力学问题。67生物神经网络系统概述（二）生物神经元的类型和连接形式的多样性使得神经网络系统具有复杂的拓扑结构和动态特性，表现出很强的非线性和复杂性。在整个神经系统中，神经元对信息的反应是由神经元集群共同完成的，而不是单一神经元的功能，因此我们需要从复杂网
3、络动力学的观点去考察耦合神经元系统放电的复杂活动和时空动力学行为，探索神经系统如何对外界的信号进行加工、传导和整合，进而深入理解神经高级认知功能。8生物神经网络系统特点生物神经网络系统首先将外界的各种刺激转化为神经电信号，通过神经信息传导和整合过程，实现生物的认知和运动控制的功能。其复杂性表现为以下方面：n 海量维数 神经元和突触的数目极其巨大（如人脑约有 1011个神经元，每个神经元有 103-104个突触）n 多种类型的神经元n 多层次 从分子层次直到认知和心理活动层次；每个层次都有十分复杂的动力学行为，且彼此紧密相关n 多时间尺度 从电脉冲的毫秒级，到一般感觉的秒级，到学习、记忆、辨识等
4、的更长时间n 多功能 包括视、听、嗅、味等感官和运动系统的功能n 多影响因素 神经元和突触参数、网络结构参数、时滞、噪声等n 神经信息编码与解码n 高度的鲁棒性、自调节性、自学习能力生物神经网络系统分类（一）n 微观分子 层次 ； 细胞 层次 ；n 介观神经元集群（耦合振子 集合 ） 层次 ； n 宏观器官 和运动控制系统 层次 910生物神经网络系统分类（二）n 结构性网络 (structural network )：从神经元之间直到脑功能区之间的连接关系的大脑网络生理解剖结果n 功能性网络 (functional network) ：描述神经元集群（例如皮层区域）各节点之间的统计性连接关系所产生的信息结果n 效率性网络 (effective network) ：描述皮层神经网络各节点非线性动力学行为之间的相互影响或信息流向，比功能性网络更强调节点之间相互因果作用 结构性或功能性网络可以利用图论方法 , 同时采用各种技术手段（包括 EEG， MEG， MRI， fMRI， CT， PET）和理论模型及其计算仿真一起去拼接出大脑网络的图景。但效率性网络的研究尚少。
