一种基于钙浓度的神经突触可塑性计算方法

专利主权项内容

1.一种基于钙浓度的神经突触可塑性计算方法，其特征在于，包括以下五个步骤：1)钙离子浓度的计算：针对需要计算的突触，根据初始时刻t的突触前神经元和突触后神经元的膜电位值，以及突触的初始连接权重w，分别计算下一时刻t的树突和树突棘中的钙离子浓度，其中w是非负常数；00102)确定权重变化方向Flag：根据树突棘中的钙离子浓度，通过和钙离子浓度阈值Ca0及Ca1对比得到权重变化的方向，其中Ca0和Ca1均为非负常数，且ssssCa1＞Ca0，Ca0＝0.5mM，Ca1＝1mM；ssss3)计算突触状态标签Tag：根据权重变化方向及突触状态变化常数α，β和β，计算突触状态标签，其中α＝0.01，β＝0.5，β＝0.5；TT，LTDT，LTPTT，LTDT，LTP4)计算可塑性相关蛋白质PRP浓度：根据树突中的钙离子浓度计算可塑性相关蛋白质浓度；5)计算突触权重的变化：根据突触状态标签Tag和可塑性相关蛋白质PRP浓度，计算突触权重的变化，得到t时刻的新权重；1重复以上过程，计算模拟时间内的突触连接强度；步骤3)具体为：根据树突棘所处突触权重变化方向及突触状态变化常数α，β和β得到t时刻该树突棘所处的突触状态标签Tag；如果Tag为0，则该树突棘所处的突触不会发生连接权重变化；如果Tag大于0，则该树突棘所处的突触进入连接权重可以增加的状态；如果Tag小于0，则该树突棘所处的突触进入连接权重减弱的状态；Tag的演化是一个与Flag有关的动力学过程；TT，LTDT，LTP1如果t时刻Flag为0，则其中α＝0.01，若Tag以t时刻初始值为0开始演化，则Tag关于时间的导数为0，Tag不发生变化；1T0如果t时刻Flag为-1，则其中β＝0.5，若Tag以t时刻初始值为0开始演化，则Tag关于时间的导数为负，Tag降低，直至降到Tag关于时间的导数为0时，即/>时停止下降，并保持/>1T，LTD0如果t时刻Flag为1，则其中β＝0.5，若Tag以t时刻初始值为0开始演化，则Tag关于时间的导数为正，Tag升高，直至升至Tag关于时间的导数为0时，即/>时停止上升，并保持/>1T，LTP0步骤4)具体为：根据树突中的钙离子浓度[Ca]和钙离子浓度阈值Ca0得到t时刻树突中PRP的浓度；PRP浓度的演化是与[Ca]有关的动力学过程；其中Ca0＝1mM；树突中的钙离子可以引发生成PRP的化学反应，单位时间内PRP的生成率记为PRP；如果t时刻树突中的钙离子浓度[Ca]低于阈值Cα0，则PRP为0或衰减为0，PRP不发生变化；如果t时刻树突中的钙离子浓度[Ca]高于阈值Ca0，则PRP按alpha函数的形式变化，PRP作为PRP对时间的积分，先增加，后持平；2+dd12+ddrate12+ddrate12+ddraterate步骤5)具体为：首先，计算突触连接权重系数相关参数y，y的演化是与Tag和PRP浓度有关的动力学过程，其中τ＝1ms；由于PRP浓度是非负的，若Tag和PRP浓度中有一个为0，则y对时间的导数为0，y不会发生变化；若Tag为负，PRP浓度为正，则y对时间的导数为负，y降低；若Tag为正，PRP浓度为正，则y对时间的导数为正，y升高；y其次，计算突触连接权重系数z，z与y之间的关系满足其中z代表权重系数z的下限，z代表权重系数z的上限，λ＝1，z＝0.5，z＝2；lh1h再次，将突触连接权重系数z乘以初始连接权重w，得到t时刻的连接权重w＝z×w；最后，重复步骤1)、步骤2)、步骤3)、步骤4)和步骤5)，计算整个模拟时间内神经元之间的突触连接权重变化。0110 关注公众号马克数据网