抑制性脉冲时序依赖可塑性对小世界神经元网络中快速稀疏同步节律的影响

我们考虑由抑制性快速发放 Izhikevich 中间神经元构成的 Watts-Strogatz 小世界网络（SWN）。该抑制性神经元群体具有由抑制性脉冲时序依赖可塑性（iSTDP）控制的自适应动态突触强度。在先前无 iSTDP 的工作中，对于固定的强突触抑制强度，在较大噪声强度范围内发现了与多种认知功能相关的快速稀疏同步节律。本文中，我们通过改变噪声强度 $D$ 来研究 iSTDP 对快速稀疏同步（FSS）的影响。我们采用非对称反赫布时间窗作为 iSTDP 更新规则［这与兴奋性 STDP（eSTDP）的赫布时间窗相反］。根据 $D$ 的取值，饱和突触抑制强度的群体平均值相对于初始均值被增强［长时程增强（LTP）］或减弱［长时程抑制（LTD）］，且 LTP/LTD 相对于均值的离散度较初始离散度显著增大，与 $D$ 无关。在多数 LTD 情形中，当平均 LTD 效应相对于离散度效应占主导时，发现较好的 FSS（具有较高发放度量）通过 LTD 变得更好，而较差的 FSS（具有较低发放度量）通过 LTP 变得更差。抑制性突触可塑性中的这种马太效应与兴奋性突触可塑性中的情形相反，后者中好（差）的同步通过 LTP（LTD）变得更好（更差）。我们基于突触前与突触后脉冲时刻之间时间延迟的分布，用微观方法深入研究了突触抑制强度 LTD 与 LTP 的出现。此外，我们还通过在存在 iSTDP 时改变 SWN 的重连概率 $p$ 来研究网络结构对 FSS 的影响。