神經(jīng)網(wǎng)絡建模
神經(jīng)網(wǎng)絡建模包括知識概念模型、神經(jīng)疾病模型、物理化學模型、數(shù)學統(tǒng)計模型等。
早在1891年,S.卡哈爾創(chuàng)立神經(jīng)元學說,認為整個神經(jīng)系統(tǒng)是由結構上相對獨立的神經(jīng)細胞構成。在此基礎上,1906年C.S.謝林頓提出了神經(jīng)元間突觸的概念。20世紀20年代,E.D.艾德里安提出神經(jīng)動作電位,揭示了神經(jīng)系統(tǒng)的電生理特征。1943年,W.S.麥克庫洛赫和W.皮茨建立了第一個神經(jīng)網(wǎng)絡的數(shù)學模型。1952年,A.L.霍奇金和A.F.赫胥黎建立了第一個符合生理學性質的神經(jīng)元模型,從動力系統(tǒng)的角度來解釋神經(jīng)動作電位產(chǎn)生的本質機制。1954年,生理學家J.C.??藸査固岢隽苏鎸嵧挥|的分流模型,從而為神經(jīng)網(wǎng)絡模擬突觸的功能提供了生理學依據(jù)。60年代末,美國科學家在大腦視覺皮層中發(fā)現(xiàn)神經(jīng)細胞的柱狀結構——功能柱。此后,腦研究領域一直將功能柱結構看作是大腦功能組織的一個基本原則。1972年,H.R.威爾遜和J.D.考恩建立了功能柱的數(shù)學模型。S.阿馬里開創(chuàng)和發(fā)展了基于統(tǒng)計的方法,在神經(jīng)網(wǎng)絡的數(shù)學基礎理論特別是信息幾何方面做出了奠基性的工作,包括神經(jīng)場的動力學理論和統(tǒng)計神經(jīng)動力學等。90年代起,學者們開始建立了一些關于電突觸和化學突觸耦合的理論模型,開展了耦合神經(jīng)元系統(tǒng)的各種同步放電行為的研究,表明了神經(jīng)元同步在大腦的信息處理過程中發(fā)揮重要作用。以神經(jīng)疾病為背景的病態(tài)網(wǎng)絡動力學建模及控制的研究開始興起,是一個充滿未知的新領域,需要在神經(jīng)系統(tǒng)基本原理和計算理論方面進行更深刻的探索。
結合神經(jīng)系統(tǒng)的解剖特征和功能原理,將網(wǎng)絡科學,物理統(tǒng)計方法、復雜網(wǎng)絡理論以及非線性系統(tǒng)理論等應用到生物神經(jīng)網(wǎng)絡的研究中,是神經(jīng)網(wǎng)絡建模重要的方法和手段。一方面理論模型的建立需要基于真實的實驗數(shù)據(jù),另一方面通過建立的理論模型做出的預測可以進行試驗驗證,甚至指導試驗設計。
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