15、神经编码：速率编码与精确时间编码解析

神经编码：速率编码与精确时间编码解析

1. 神经编码研究概述

神经科学的一个核心问题是神经系统如何通过神经活动对信息进行编码。传统研究通常通过神经电生理方法测量神经元在特定刺激下的 firing rate（放电率）变化来表征神经元反应。然而，近年来的研究表明，神经元活动的其他方面，如放电序列的精确时间和群体活动的时空特征，对神经信息编码也有重要贡献。

研究神经信息编码属性可结合神经生物学实验和信息学方法，主要分为两类：一是研究神经元对特定刺激的反应特性；二是根据神经元的激活特性判断其活动所携带的信息内容，这更能反映真实神经系统的工作过程，但实施难度较大。

2. 速率编码

2.1 基本原理

20世纪20年代初，Lord Adrian提出感觉神经元的放电率与刺激强度相关，现在普遍认为放电率编码了刺激参数的信息。目前关于感觉神经编码的大部分知识都基于类似观察，即神经元的放电率与各种刺激参数有关。

2.2 不同感觉系统中的例子

• 视觉系统
  • 视网膜神经节细胞 ：具有中心 - 周边感受野特性。对于中心兴奋型神经节细胞，当光点投射到其感受野中心时，放电率增加，且亮度越高增加越明显；当光投射到周边时，放电活动减少；全视野光刺激由于兴奋和抑制信号的平衡，细胞放电活动无明显变化。中心抑制型神经节细胞的反应则相反。
  • 运动方向敏感型神经节细胞 ：其放电率受运动目标的运动方向调制。存在“偏好方向”和“零方向”，刺激方向从偏好方向向零