43、神经元模型与神经网络:从简单到复杂的探索

神经元模型与神经网络:从简单到复杂的探索

1. firing rate 模型概述

在神经科学研究中,firing rate 模型是一种重要的神经元建模方式。函数 g 可与被研究细胞的 I - V 曲线对应,且能直接拟合实验数据。由于 g 具有连续平滑的特性,不存在真正的电流阈值。

1.1 firing rate 神经元的电路实现

firing rate 神经元的电路实现如图 1 所示。理想运算放大器被假定不吸收输入电流(即具有无限输入阻抗),它将 V 与地之间的差值转换为电位 I = g(V)。在这类模型中,firing rate 会随着输入电流的快速变化而平滑改变。对于小步长的输入电流,g(V) 近似呈线性。在线性区域,firing rate 是通过将输入电流与时间常数为 τ = RC 的一阶低通滤波器进行卷积得到的,因此是输入的平滑版本。

1.2 spiking 细胞与 firing rate 细胞的动态比较

  • 电压变化特性 :在 integrate - and - fire 单元中,对持续的超阈值输入,电压会沿着极限环移动;而在 firing rate 模型中,电位 V 会在由 τ 决定的时间内达到其平衡值,firing rate 会立即跟随 V 的变化。
  • 时间常数 τ 的影响 :当通过增加神经元输入电阻 R 来增大 τ 时,在 integrate - and - fire 模型中,亚阈值电压的变化率会增加,使神经元能更快达到阈值;而在 firing rate 模型中,由于平衡电压也会增加,达到稳态电压所需的时间会更

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