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嗅觉神经系统识别机理模型仿真研究

嗅觉神经系统识别机理模型仿真研究

作者：郑茜茜浙江大学

学位级别：硕士

嗅觉神经系统的研究目前引起了世界各国学者广泛的关注。不仅是由于嗅觉神经系统是目前人们了解得最少的感觉神经系统,而且,以往的研究表明嗅觉神经系统机理与大脑学习记忆机理有着十分密切的关系。为此,本课题开展的研究将有助于人们... 详细信息

嗅觉神经系统的研究目前引起了世界各国学者广泛的关注。不仅是由于嗅觉神经系统是目前人们了解得最少的感觉神经系统,而且,以往的研究表明嗅觉神经系统机理与大脑学习记忆机理有着十分密切的关系。为此,本课题开展的研究将有助于人们探索和认识嗅觉系统乃至大脑的机理。目前,人们对于嗅觉系统的机理尚处于探索阶段。这主要是由于鼻腔的复杂结构及嗅区的特殊生理位置,为直接的嗅觉实验研究带来了不少困难。而实验与模型相结合为研究嗅觉机理提供了一种行之有效的新方法。本文首先简要介绍了嗅觉神经系统及其几种典型的嗅觉系统模型,接着以嗅觉神经系统的时空编码和解码机理研究为重点,建立了蝗虫触角叶仿真模型。蝗虫触角叶的电生理实验表明气味刺激期间,兴奋性细胞(PNs)的放电活动呈现出不同的时空编码模式来识别不同的气味。本文在建立仿真模型的基础上,通过改变烟碱乙酰胆碱(nAch,兴奋性神经递质)和γ-氨基丁酸(GABA,抑制性神经递质)突触电流的仿真参数,研究神经递质对嗅觉时空编码的影响。通过模型仿真研究,使我们对同步振荡现象以及突触联接在嗅觉识别中起的关键作用有了进一步的认识。上述研究工作为嗅觉神经系统识别机理模型的研究奠定了良好的基础;通过进一步研究可以将神经芯片实验结果和仿真模型相结合,利用神经芯片得到的数据来验证仿真结果。

关键词：嗅觉神经系统识别模型时空编码仿真建模

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面向仿生的嗅觉神经系统建模研究

系统仿真学报 2011年第8期23卷 1590-1593,1597页

作者：张锦朱尚武王莹黄诗苹王如龙湖南大学软件学院长沙410082 北京师范大学信息科学与技术学院北京100875 湖南中医药大学人文信息管理学院长沙410082

着眼于嗅觉神经系统的生物学特点,从仿生学角度提出了一种嗅觉神经系统整合模型。模型从不同角度进行对嗅觉神经系统进行仿真,使其尽可能贴近嗅觉神经系统的生理学特征。首先,在结构上,根据嗅觉神经系统解剖结构,完整体现了嗅觉系统的... 详细信息

着眼于嗅觉神经系统的生物学特点,从仿生学角度提出了一种嗅觉神经系统整合模型。模型从不同角度进行对嗅觉神经系统进行仿真,使其尽可能贴近嗅觉神经系统的生理学特征。首先,在结构上,根据嗅觉神经系统解剖结构,完整体现了嗅觉系统的三个关键部分,以及它们之间的延时和反馈链接。其次,在神经元模型上,根据嗅觉系统不同部分的特点采用不同的神经元模型进行模拟。最后,在模型的神经动力学上,模型能够及时响应外界刺激。在刺激持续输入时,模型输出呈现出稳定的振荡模式;在特定刺激输入时,模型状态呈现有节奏的极限环状态。

关键词：仿生学嗅觉神经系统结构神经元模型神经动力学

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嗅觉神经系统的电位发放

河南科学 2009年第3期27卷 271-274页

作者：张同斌刘深泉河南工业大学理学院郑州450001 华南理工大学应用数学系广州510640

利用描述抑制结构的WLC模型,数值分析嗅觉神经系统各个神经元的电位发放,得到嗅觉神经系统中球周细胞层、嗅球、僧帽细胞层、颗粒细胞层、前嗅核和前梨状皮层内各个神经元的电位发放,模拟了Freeman嗅觉系统各K系列模型的电位发放模式,... 详细信息

利用描述抑制结构的WLC模型,数值分析嗅觉神经系统各个神经元的电位发放,得到嗅觉神经系统中球周细胞层、嗅球、僧帽细胞层、颗粒细胞层、前嗅核和前梨状皮层内各个神经元的电位发放,模拟了Freeman嗅觉系统各K系列模型的电位发放模式,数值说明僧帽细胞具有丰富的发放形式,神经元之间的具有两种信号传递模式,数值结果和嗅觉实验现象相吻合.

关键词：嗅觉神经系统神经元抑制兴奋

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果蝇嗅视神经通路研究综述

电子与信息学报 2024年第6期46卷 2335-2351页

作者：章盛郑胜男沈洁殷兴辉徐立中河海大学计算机与信息学院南京211100 南京工程学院计算机工程学院南京211167

果蝇嗅觉和视觉神经系统对于自然环境中嗅觉和视觉刺激具有高度的灵敏性,高灵敏的嗅视单模态感知决策和跨模态协同决策机制为仿生应用提供一定的启示作用。该文首先以果蝇嗅觉和视觉神经系统为基础,从嗅觉和视觉信号的捕获、加工、决策... 详细信息

果蝇嗅觉和视觉神经系统对于自然环境中嗅觉和视觉刺激具有高度的灵敏性,高灵敏的嗅视单模态感知决策和跨模态协同决策机制为仿生应用提供一定的启示作用。该文首先以果蝇嗅觉和视觉神经系统为基础,从嗅觉和视觉信号的捕获、加工、决策3个部分概述了果蝇嗅觉和视觉神经单模态感知决策生理机制与计算模型的研究现状,同时对果蝇嗅觉和视觉神经跨模态协同决策生理机制与计算模型进行阐述;然后对果蝇嗅觉和视觉的单模态感知和跨模态协同的典型仿生应用进行归纳;最后总结果蝇嗅视神经通路生理机制与计算建模当前面临的难题并展望未来发展趋势,为未来相关研究工作奠定了基础。

关键词：嗅觉神经系统视觉神经系统单模态感知决策跨模态协同决策仿生应用

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基于仿生学原理的改进KⅢ模型

小型微型计算机系统 2022年第5期43卷 1027-1032页

作者：张锦陈玲钰田森刘宏田恬恬湖南师范大学信息科学与工程学院长沙410081 湖南师范大学数学与统计学院长沙410081 郑州科技学院信息工程学院郑州450064

KⅢ模型真实地模拟了整个嗅觉神经系统,包括嗅上皮、嗅球层和嗅皮层.梨状皮质是嗅球层投射的最大区域,在气味信息处理、嗅觉产生的过程中起着非常重要的作用.但是KⅢ模型简化了对梨状皮质的模拟,这部分的模型结构仅使用一个KⅠ模型和一... 详细信息

KⅢ模型真实地模拟了整个嗅觉神经系统,包括嗅上皮、嗅球层和嗅皮层.梨状皮质是嗅球层投射的最大区域,在气味信息处理、嗅觉产生的过程中起着非常重要的作用.但是KⅢ模型简化了对梨状皮质的模拟,这部分的模型结构仅使用一个KⅠ模型和一个KⅡ模型来表示梨状皮质中神经元的连接情况.为了完善KⅢ模型,本文结合嗅上皮层细胞、嗅球层中的嗅小球细胞和嗅皮层梨状皮质中锥体细胞之间的神经元比例关系,以及梨状皮质内部的神经回路、细胞结构,从仿生学原理对KⅢ模型进行改进.同时,本文采用小世界网络理论分析了输入通道数从5逐渐增加到100时,改进前后KⅢ模型的平均路径长度L和聚类系数C的变化情况.分析结果表明,与原KⅢ模型相比,改进KⅢ模型在输入通道数大于16时,具有较小的平均路径长度和更大的聚类系数;当输入通道数超过20时,改进KⅢ模型网络的C与对应等效随机图的Crand的比值γ增长更快且远大于改进前模型,即改进后的KⅢ模型较改进前的模型具有更强的小世界特性.

关键词： KⅢ模型嗅觉神经系统小世界网络神经网络

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KⅢ模型及其在人脸识别中的应用

计算机工程与应用 2008年第13期44卷 245-248页

作者：张锦李司铎李光湖南大学软件学院长沙410082 浙江大学工业控制国家重点实验室杭州310027

对一种模拟嗅觉神经系统的仿生模型、KⅢ模型、及其在人脸识别中的应用进行了研究。论文首先分析了KⅢ模型模式识别原理,然后基于人脸识别对模型的模式容量问题进行了研究。使用子图特征组合算法提取人脸特征后,在ORL人脸数据库上的实... 详细信息

对一种模拟嗅觉神经系统的仿生模型、KⅢ模型、及其在人脸识别中的应用进行了研究。论文首先分析了KⅢ模型模式识别原理,然后基于人脸识别对模型的模式容量问题进行了研究。使用子图特征组合算法提取人脸特征后,在ORL人脸数据库上的实验结果表明,KⅢ模型的模式容量至少可以达到40,这也更新了之前认为KⅢ模型模式容量约为26的观点。

关键词：嗅觉神经系统仿生模型人脸识别相图

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KⅢ模型动力学特性研究

湖南大学学报（自然科学版） 2008年第3期35卷 76-79页

作者：张锦李司铎王如龙李光湖南大学软件学院湖南长沙410082 浙江大学工业控制国家重点实验室浙江杭州310027

作为一种模拟嗅觉神经网络的仿生模型,KⅢ模型具有许多不同于传统人工神经网络的特点.KⅢ模型的结构更接近真实的生物神经网络结构,并具有良好的模式识别能力.分析了该模型进行模式识别时的动力学特性.研究结果表明,对应不同的刺激持续... 详细信息

作为一种模拟嗅觉神经网络的仿生模型,KⅢ模型具有许多不同于传统人工神经网络的特点.KⅢ模型的结构更接近真实的生物神经网络结构,并具有良好的模式识别能力.分析了该模型进行模式识别时的动力学特性.研究结果表明,对应不同的刺激持续时间,KⅠ模型呈现出不同的输出响应;将时变信号作为刺激直接输入时,KⅢ模型也可以形成特定的吸引子组区别不同的模式,这也为KⅢ模型直接识别时变信号提供了依据.

关键词：人工神经网络嗅觉神经系统动力学相图

大鼠嗅球异质性球旁细胞的电生理仿真建模研究

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大鼠嗅球异质性球旁细胞的电生理仿真建模研究

作者：应楠浙江大学

学位级别：硕士

研究神经系统最直接的方法就是分析感觉神经系统的工作机制。相比其余感觉神经系统,嗅觉神经系统由于结构简单,已经成为人们认知神经系统、探索脑信息处理机制以及记忆机制的良好的切入点。近年来,嗅球球旁细胞在生物进化过程中的演变... 详细信息

研究神经系统最直接的方法就是分析感觉神经系统的工作机制。相比其余感觉神经系统,嗅觉神经系统由于结构简单,已经成为人们认知神经系统、探索脑信息处理机制以及记忆机制的良好的切入点。近年来,嗅球球旁细胞在生物进化过程中的演变机理及其在嗅觉信息编码中所起的作用正逐渐引起了该研究领域的普遍关注。从基于仿真建模分析的神经信息编码研究来看,完善的球旁细胞电生理模型对上述问题的认知有着十分重要的作用。本文首先简介了嗅觉神经系统的解剖结构、主要细胞类型、嗅觉传导通路以及嗅觉神经系统的电生理特性。随后,重点阐述了基于球旁细胞化学、形态、离子通道和动作电位发放等不同分类标准的球旁细胞异质性研究的最新进展。接着,相应地,按照其中钾离子通道的分类标准和动作电位发放的分类标准,分别建立了异质性球旁细胞的电生理模型,分析了这些模型与球旁细胞异质性电生理实验研究之间存在的问题和缺陷。最后,针对上述问题,结合作者现有的工作提出了嗅球球旁细胞电生理、建模以及嗅觉信息编码等研究工作的未来发展方向。本文建立的异质性球旁细胞电生理模型,能够为建立一个更符合生理实际的电生理网络模型打下良好的基础,从而可以帮助人们进一步研究嗅觉信息编码机制。

关键词：嗅觉神经系统球旁细胞异质性仿真建模电生理

线虫浓度依赖性嗅觉偏好的机制研究和CEPsh胶质细胞发育的正向遗传学筛选

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线虫浓度依赖性嗅觉偏好的机制研究和CEPsh胶质细胞发育的正向遗...

作者：薛雅丹浙江大学

学位级别：硕士

秀丽隐杆线虫结构简单,繁殖能力强,生长周期短,神经系统简单,其基因组已经全部完成测序,是作为研究神经系统功能和神经环路良好的模式生物。本研究使用特异的启动子标记线虫的神经元和胶质细胞,利用infusion技术结合SL2a多顺反子剪接体... 详细信息

秀丽隐杆线虫结构简单,繁殖能力强,生长周期短,神经系统简单,其基因组已经全部完成测序,是作为研究神经系统功能和神经环路良好的模式生物。本研究使用特异的启动子标记线虫的神经元和胶质细胞,利用infusion技术结合SL2a多顺反子剪接体系融合不同的荧光蛋白等生物学技术构建了一系列转基因品系,并结合激光共聚焦成像技术确定特定启动子驱动荧光蛋白的表达。在准确定位神经元或胶质细胞后,利用光控蛋白、钙指示蛋白特异表达于感兴趣的细胞来研究在神经环路中的功能。我们标记了线虫嗅觉神经元AWA、AWB、AWC、ASH、 ADL和两种胶质细胞Amphid sheath glia和Cephalic sheath gliao通过行为学发现线虫对于不同浓度的同一种气味分子,如异戊醇,有从喜好到排斥的偏好转换。以在体膜片钳的方法,发现AWA、AWB、AWC三种不同的嗅觉神经元对不同浓度IAA气味分子均具有不同的响应特征。通过电生理和钙成像实验发现多模感受神经元ASH只对高浓度异戊醇有响应,并通过TRPV阳离子通道OSM-9介导。结果表明多种感觉神经元通过多种响应模式介导了线虫对气味分子的浓度依赖性偏好行为。此外,为了研究线虫胶质细胞的发育机制和其对神经功能的影响,我们通过EMS正向遗传学筛选并得到了一些影响线虫CEPsh胶质细胞发育的关键分子。其中一个基因为vab-3。该基因突变定位在Paired domain上,通过在外显子上的碱基突变成终止子密码子而影响蛋白质的正常翻译,使CEPsh胶质细胞发育受损,影响细胞定位,树突迁移,轴突的导向。

关键词：秀丽隐杆线虫嗅觉神经系统异戊醇在体膜片钳 EMS正向遗传学筛选 CEPsh胶质细胞