Spiking Jelly中LIF神经元无输入时阈下神经动力学方程的推导

在Spiking Jelly中,无输入时阈下神经动力学模型为:
H t = V t − 1 − 1 τ ( V t − 1 − V r e s e t ) H_t=V_{t-1}-\frac{1}{\tau}(V_{t-1}-V_{reset}) Ht=Vt1τ1(Vt1Vreset)
根据A. N. Burkitt在2006年的综述,LIF神经元的标准形式为:
C m d v ( t ) d t = I l e a k ( t ) + I s ( t ) + I i n j ( t ) C_m\frac{dv(t)}{dt}=I_{leak}(t)+I_s(t)+I_{inj}(t) Cmdtdv(t)=Ileak(t)+Is(t)+Iinj(t)
其中Leaky Current 的方程为:
I l e a k ( t ) = − C m τ m [ v ( t ) − V 0 ] I_{leak}(t)=-\frac{C_m}{\tau_m}[v(t)-V_0] Ileak(t)=τmCm[v(t)V0]
这里面的 V 0 V_0 V0即为Resting Potential,即SpikingJelly方程中的 V r e s e t V_{reset} Vreset。由于不考虑输入,忽略第一个方程中右侧后两项电流,并约去 C m C_m Cm,得到:
d v ( t ) d t = − 1 τ m [ v ( t ) − V 0 ] \frac{dv(t)}{dt}=-\frac{1}{\tau_m}[v(t)-V_0] dtdv(t)=τm1[v(t)V0]
改写为差分方程形式:
v t − v t − 1 = − 1 τ m [ v t − V 0 ] v_t-v_{t-1}=-\frac{1}{\tau_m}[v_t-V_0] vtvt1=τm1[vtV0]
整理得到:
v t = τ m τ m + 1 v t − 1 + 1 τ m + 1 V 0 v_t=\frac{\tau_m}{\tau_m+1}v_{t-1}+\frac{1}{\tau_m+1}V_0 vt=τm+1τmvt1+τm+11V0
即:
v t = v t − 1 − 1 τ m + 1 ( v t − V 0 ) v_t=v_{t-1}-\frac{1}{\tau_m+1}(v_t-V_0) vt=vt1τm+11(vtV0)
这时将 τ m + 1 \tau_m+1 τm+1改写成 τ \tau τ,即可得到原方程。

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