CPAM:颁发对于年夜脑神经元能源学建模与阐发的最新研讨结果

起源：上海交年夜 2021-09-02 12:21

近日，上海交通年夜学自然迷信研讨院和数学迷信学院的李松挺和周栋焯课题组通过数学建模、实际阐发和数值盘算，研讨了具备空间树突构造的神经元的能源学特征，研讨结果《Mathematical Modeling and Analysis of Spatial Neuron Dynamics： Dendritic Integration and B

近日，上海交通年夜学自然迷信研讨院和数学迷信学院的李松挺和周栋焯课题组通过数学建模、实际阐发和数值盘算，研讨了具备空间树突构造的神经元的能源学特征，研讨结果《Mathematical Modeling and Analysis of Spatial Neuron Dynamics： Dendritic Integration and Beyond》于8月24日在国内有名数学期刊Communications on Pure and lied Mathematics（CPAM，中文译名：纯数学与利用数学通信）在线颁发。CPAM由享有盛名的美国柯朗数学迷信研讨所开办，刊载实际数学、利用数学研讨畛域中突破性的一流研讨结果。

年夜脑中神经元具备简单的空间树突构造，并通过整合来自树突遍地的时空输出旌旗灯号完成信息处置。懂得神经元树突旌旗灯号整合是懂得神经信息处置的根底。因为经典的神经元电缆模子不克不及解析处置具备简单空间构造、包括非线性离子通道以及状态依赖的突触电流输出的真实生物学场景，是以若何定量描绘具备空间构造的神经元树突盘算法令及其能源学性子是神经迷信中的一个紧张难题。

本任务通过树立具备空间树突构造的神经元膜电位能源学的偏微分方程组模子，并应用扰动实际推导获得了方程的解析解，借此可以精确描写神经元接管状态依赖的突触电流输出时膜电位的变动。并进一步推导获得了具备树突分枝构造的神经元整应时空突触输出旌旗灯号所知足的双线性整正当则，该法令在契合真实生物学场景的神经元仿真模子中获得了验证。在此根底上，通过降维阐发将原高维偏微分方程组能源学模子降维至仅描写细胞体处膜电位变动的一维常微分方程约化能源学模子。该约化模子可以无效描绘原偏微分方程组描写的神经元模子在胞体处的信息整合以及树突盘算功效，从而为设计包括树突盘算功效的神经元网络模拟疾速算法和人工神经网络模子奠基了根底。本任务在课题组后期研讨树突盘算相关的多个任务的根底上，构建了体系而同一的数学实际和盘算框架，对将来研讨神经元树突盘算和空间神经元能源学提供了新的数学对象和研讨角度。(100yiyao.com）

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