[发明专利]一种新型的神经元集群熵编码方法

说明书

技术领域

(1)研究记忆认知过程神经元集群电活动的编码，是探索大脑记忆机制的突破口，为研究老年性痴呆的记忆障碍机制提供信息学的支持。(2)建立具有记忆认知机制的、神经元集群电活动熵编码的理论和算法体系：研究在外界刺激(记忆事件)作用下，大脑记忆基本单位：神经元集群到外界信息的编码模式，为建立和发展具有记忆机制的智能研究目的本项目研究在外界刺激(事件)下，大脑神经元集群的非线性熵编码的理论和算法，为记忆过程中功能神经元集群编码信息的机制研究，提供仿真研究的支持。

背景技术

传统的神经元集群编码方法是平均发放频率编码和同步(相关)编码。神经元集群平均发放编码频率表达是以一个窗口的神经元集群发放平均频率的高低来编码刺激，若对包含多个刺激进行编码会产生“重叠灾难”；此外，“平均”不能表征神经元集群对刺激的瞬时编码。上世纪末发展了“动态细胞群”的时空编码理论，认为“动态神经元集群”是编码信息的基本单位，是和信息有关的神经细胞的瞬时组合。但是诸如学习记忆这类高级认知活动中，神经元发放同步的发生只是一种瞬间状态，若应用100-200ms的生理窗口的平均发放频率编码，以及30-50ms窗口的同步(相关)编码，不能精细的描述神经元集群的动态活动。因此需要发展能够表征瞬间状态变化的神经元集群编码的信息编码理论和算法。

发明内容

一种动态的非线性神经元集群熵编码的信息表达方法：

1.选定生理窗口范围(100-200ms)为计算熵值的窗口尺寸。

2.在第k个窗口，计算神经元群体中(M个神经元，神经元序号j＝1，2，...M)每个神经元发放序列的信息熵值。对于第k个窗口中第j个神经元：

3.选定窗口的移动步长为1/4-1/3窗口尺寸，从初始点开始，在时间轴上移动窗口(k＝1，2，.....N)，直到神经元群体放电时空序列结束为止，逐个计算在N个时间窗口神经元群体中每个神经元的信息熵E_kj。

4.将所有的E_kj(k＝1，2，.....N，j＝1，2，...M)归一化，绘制神经元群体发放的熵值时空分布图，应用神经元群体发放的信息熵值，划分动态神经元集群。

具体实施方式

1.选定生理窗口范围(100-200ms)为计算熵值的窗口尺寸。

2.在第k个窗口，计算神经元群体中(M个神经元，神经元序号j＝1，2，...M)每个神经元发放序列的信息熵值。对于第k个窗口中第j个神经元：

(1)计算单个神经元发放序列放电脉冲间隔(inter-spike interval)ISI_j，

ISI_i＝t_j+1-t_j

(2)绘制放电间隔ISI分布直方图(柱状图)表示ISI的分布：

根据发放序列的特性选取柱状图的带宽b，对于大鼠皮层神经元发放序列，选取带宽b为0.3ms到0.5ms，绘制ISI分布直方图。

设窗口长度为L，窗口中包括柱窄带的总数n＝L/b。

(3)设第i个窄带中某一个ISI出现的次数为Si(i＝1，2，...，n)，计算Si出现的概率

pi=Si/Σi=1nSi(i=1,2,...,n).]]>