噪声在皮层神经模型中的效应

近来Segev等人(Phys. Rev. E 64,2001, Phys.Rev.Let. 88, 2002)对体外皮层网络的自发活动进行了长期观测,其在许多特征上不同于当前模型的预测。在本文中,我们推广了前文(S.Scarpetta等人 Neural Comput. 14, 2002)引入的EI皮层模型,包含本征白噪声并分析噪声对该非线性系统自发活动的效应,以解释Segev等人的实验结果。在分析上我们可依据模型参数区分不同的活动状态。以分析结果为指导,我们在状态B与C两种不同状态下对非线性随机模型进行仿真。计算了活动的功率谱密度(PSD)与事件间间隔(IEI)分布,并与实验结果比较。在状态B下,网络显示随机共振现象,且噪声诱导了模拟0.5 mM Ca浓度下实验观测的非周期集体同步振荡。在状态C下,模型显示自发同步周期活动,模拟1 mM Ca浓度下观测到的活动,且PSD在基频与二次谐波处显示双峰,与1 mM Ca下的实验一致。此外(由于本征噪声与非线性激活函数效应)PSD在低频处显示宽频峰。这一实验观测到的特征在先前模型中未得到解释。另外,我们确定了参数变化(即噪声增加或兴奋性连接减少)可重现实验在长时间下观测到的周期性消退,并确定了通过实验测量低频PSD来区分这两种可能效应的方法。