構建單電子電晶體模型以完備神經動力學架構

  • 作者:侯育嘉
  • 出版社:侯育嘉
  • 出版日:2021-12-01
  • ISBN:ABK1100000022
  • 格式:PDF
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內容介紹

  在神經系統模擬的研究上,有尖峰響應模型(Spike Response Model)來描述多神經系統動力學,有霍吉金-赫胥黎模型(Hodgkin–Huxley model)來描述單神經元及離子通道開關的動態變化,有菲茨休-南雲模型(FitzHugh-Nagumo model)來分析神經元的狀態演化,卻沒有任何一個模型可以用來描述離子通道這個層次的動力學。
  離子通道的動力學之所以重要,是因為影響整個神經傳遞最基本的因素就只有離子的變化而已。但是過去的模型都用電阻來模擬離子通道,因此無法探討微觀中每個離子的動力學。我們利用可控閘極電壓式單電子電晶體模型(Controllable gate voltage single-electron transistor model)來完整描述離子通道的行為。
  在這個模型中,我們需要考慮時變的閘極電壓。因此我們以微擾理論給出閘極電壓與系統環境間耦合強度的關係。並利用非平衡格林函數(Non-Equilibrium Green's Function)給出系統的粒子數及電流隨時間的演化。
  我們整合霍吉金-赫胥黎模型及可控閘極電壓式單電子電晶體模型做反向傳播(backpropagation),提出一個新的神經系統模型。利用可控閘極電壓式單電子電晶體模型模擬單離子通道算出的電流,加上霍吉金-赫胥黎模型給出單神經中離子通道開啟的數量,可以得到膜電位的變化。再修正霍吉金-赫胥黎模型所得到的膜電位誤差,做多次反向傳播後誤差將會收斂。最後我們再加入尖峰響應模型,考慮其他神經元的訊號以及動作電位後的閥值修正,即可得到完整的神經系統模型。

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