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《国防科学技术大学》 2009年
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脉冲发放神经元及其耦合系统的随机模型研究与应用

梁晓冰  
【摘要】: 随着物理、数学、生物、计算机等科学的发展,人类对大脑的认识和研究越来越深入,特别是对神经模型的研究。科学家希望通过神经模型的研究揭开大脑的信息存储和处理机制,建立具有认知功能的脑模型,直至实现人工智能。科学研究一般遵循从简单到复杂的规律,因此本文以脉冲发放神经元模型为基本研究对象,对这类神经元的非线性动力学特征和信号传输等问题进行了研究,特别探索了噪声在模型的信号传输和处理中扮演的角色。结果表明噪声在神经元模型及其耦合系统中通过随机共振现象起到了有益的作用,还可以提高图像处理的效果;根据计算结果分析了信号在神经模型中的传输特性,希望有助于揭开神经系统的信号传输机制;并且这些模型及其结果还可以从模型的角度解释神经系统的生物和生理实验现象,对实验和某些疾患的医治具有指导意义。 本文的主要研究内容和成果为: 1、综合分析了近年来对脉冲发放神经元及其网络模型的研究,特别是其中的随机共振问题,对HH、FN神经元模型的放电特征和非线性动力学特征进行了研究。 2、在HH神经元随机模型中研究了噪声和高频信号的作用机制,强噪声导致的HH神经元长时放电,从模型角度解释了噪声引起耳鸣时听神经的自放电;噪声与高频的协作结果——高频信号对神经元放电有抑制,与生理实验结果一致,也表明神经系统中信号传输存在类似于听觉系统的双音遏制现象,即强度大的频率成分遏制强度低的频率成分;另外高频信号还导致神经元静息电位变为高频振荡,这些结果有助于开展神经系统的高频电磁场损伤治疗和防护研究。 3、对阈上单频和多频信号在HH神经元随机模型中的研究表明存在阈上随机共振现象,即适当强度的噪声同样有助于阈上信号的传输;神经元具有频率敏感性,类似于带通特性,且噪声强度可以改变神经元的敏感频率,即带通中心频率偏移,这些特点对于信号处理的研究具有重要意义。另外模型和结果与听觉系统的频率选择性特征相似,据此可以探讨听觉神经元频率选择的机制。 4、对阈下信号在FN神经元随机模型中的传输特性进行了研究和分析,结果不仅显示了随机共振的存在,还揭示FN神经元模型对正弦信号的传输与其频率密切相关,对频率处于0.2~0.8的正弦信号响应最强烈。此模型及结果可用于听神经纤维自发放电现象的解释。 5、HH单向耦合随机系统中的弱信号传输特性研究表明噪声通过随机共振使得系统实现了弱信号的检测和传输;适当的耦合强度和噪声强度可以实现神经滞后同步和最优的信息传递,并对此处的滞后同步进行了重定义和分析;在100个FN神经元构成的单向耦合随机系统中也发现了滞后同步的存在;另外模型仿真中出现的强耦合自放电及其被噪声抑制,有助于解释生物神经系统中神经元的自放电与其自我调制等现象。 6、首次对HH单向耦合随机系统的频率敏感性进行了分析,特别是接收元的行为,发现其敏感频率随噪声强度和耦合强度变化改变。多频叠加信号的结果与单频信号传输时一致,且噪声有碍于频率敏感性的表达。这些结果说明单向耦合系统也是一种带通器件,可通过改变自身的参数实现对某些频率的信号的最优传输。鉴于单向耦合网络源于中枢模式发生器,结果可用于解释它的节律发生机制。 7、首次通过PCNN随机模型研究了二维图像信号的处理中噪声扮演的角色,在高斯噪声图像滤波和低对比度图像的增强过程中均出现了随机共振现象,图像处理的效果得到了提高。因此拓展了随机共振的模型研究范围,有助于新的图像处理方法的研究。
【学位授予单位】:国防科学技术大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:R318.0

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【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 王海青;黄瓜收获机器人视觉系统的研究[D];南京农业大学;2012年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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2 马义德;张红娟;;PCNN与灰度形态学相结合的图像去噪方法[J];北京邮电大学学报;2008年02期
3 李国友,李惠光,吴惕华;基于脉冲耦合神经网络和遗传算法的图像增强[J];测试技术学报;2005年03期
4 石美红;付蓉;毛江辉;张旭凤;;一种自适应织物疵点图像分割的方法[J];东华大学学报(自然科学版);2007年06期
5 张煜东;吴乐南;;基于二维Tsallis熵的改进PCNN图像分割[J];东南大学学报(自然科学版);2008年04期
6 毕英伟,邱天爽;一种基于简化PCNN的自适应图像分割方法[J];电子学报;2005年04期
7 赵峙江;赵春晖;张志宏;;一种新的PCNN模型参数估算方法[J];电子学报;2007年05期
8 于江波;陈后金;王巍;李居朋;;脉冲耦合神经网络在图像处理中的参数确定[J];电子学报;2008年01期
9 顾晓东,郭仕德,余道衡;一种基于PCNN的图像去噪新方法[J];电子与信息学报;2002年10期
10 顾晓东,程承旗,余道衡;结合脉冲耦合神经网络与模糊算法进行四值图像去噪[J];电子与信息学报;2003年12期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 葛曼玲;脑神经电活动仿真模型的研究[D];河北工业大学;2004年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 陈兴杰;柴晓冬;;一种基于简化PCNN的红外图像分割方法[J];安徽大学学报(自然科学版);2010年01期
2 郭业才;王绍波;;基于PCNN的小波域超声医学图像去噪方法[J];安徽大学学报(自然科学版);2010年05期
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4 刘再群,华田苗,孙庆艳,梅斌,张长征;扬子鳄胚胎中脑视叶的组织发生[J];动物学杂志;2004年05期
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6 顾晓东,程承旗,余道衡;基于粗集与PCNN的图像预处理[J];北京大学学报(自然科学版);2003年05期
7 刘远民;秦世引;;一种新的基于PCNN的自适应强去噪方法[J];北京航空航天大学学报;2009年01期
8 张旭;邰常峰;马斌荣;;用高频双向脉冲电刺激实现有髓神经传导阻断的仿真研究[J];北京生物医学工程;2006年03期
9 于磊;陈安宇;任朝晖;张旭;;利用单电极不对称双向脉冲电刺激实现有髓神经传导阻断的仿真研究[J];北京生物医学工程;2008年01期
10 绽琨;张红娟;马义德;刘丽;田乐;;交叉皮层模型及其在图像处理中的应用[J];北京邮电大学学报;2009年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
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2 蒲蓬;王卫星;;基于改进的PCNN的菌落图像分割方法[A];2008'中国信息技术与应用学术论坛论文集(一)[C];2008年
3 余迎;聂仁灿;周冬明;赵东风;;基于CPCNN的迷宫最短路径求解[A];2007'仪表,自动化及先进集成技术大会论文集(一)[C];2007年
4 谭颖芳;聂仁灿;周冬明;赵东风;;基于PCNN和最大相关准则的图像分割[A];2007'仪表,自动化及先进集成技术大会论文集(一)[C];2007年
5 葛雯;高立群;;基于自适应链接强度PCNN的多分辨率图像融合算法[A];2008’“先进集成技术”院士论坛暨第二届仪表、自动化与先进集成技术大会论文集[C];2008年
6 赵仕杰;柏正尧;姚娜;李德俭;;基于简化PCNN模型及信息熵最大准则的生物细胞图像分割[A];中国仪器仪表学会第十一届青年学术会议论文集[C];2009年
7 李钢;王雷;张仁斌;;基于非采样Contourlet变换与简化PCNN的图像融合[A];2009全国虚拟仪器大会论文集(二)[C];2009年
8 杨林森;陶冰洁;;基于脉冲耦合神经网络的图像内容融合[A];全国第一届信号处理学术会议暨中国高科技产业化研究会信号处理分会筹备工作委员会第三次工作会议专刊[C];2007年
9 吕金虎;;复杂网络的同步:理论、方法、应用与展望[A];第四届全国网络科学学术论坛暨研究生暑期学校论文集[C];2008年
10 石美红;延伟伟;张军英;李永刚;;一种高方差的高斯噪声滤波新方法[A];第十二届全国图象图形学学术会议论文集[C];2005年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 任桢;图像分类任务的关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 时长江;豆科类杂草种子图像识别系统研究[D];中国海洋大学;2009年
3 朱松;随机回归神经网络的动力学行为研究[D];华中科技大学;2010年
4 王栋;随机与混沌神经放电节律的时间序列分析[D];陕西师范大学;2010年
5 桑永胜;空间数据分析的神经计算方法[D];电子科技大学;2010年
6 罗晓清;多传感器图像融合理论及其应用研究[D];江南大学;2010年
7 焦竹青;变换域中的多源图像融合方法研究[D];江南大学;2011年
8 谢利红;~(60)COγ射线照射对豚鼠耳蜗损伤及乙酰半胱氨酸辐射防护的实验研究[D];广西医科大学;2011年
9 刘忠虎;花背蟾蜍视网膜形态发育及视网膜生理活动对角膜诱导影响研究[D];兰州大学;2011年
10 张红娟;基于PCNN的图像去噪和图像增强方法研究[D];兰州大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 袁頔;低质量指纹识别方法研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
2 金甲;全景视觉图像去噪与增强方法的研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 陈萍;随机Cohen-Grossberg神经网络模型的若干问题研究[D];长沙理工大学;2010年
4 李希宁;基于多尺度几何分析的图像融合算法研究[D];中国海洋大学;2010年
5 王鹏;拓扑结构对Hindmarsh-Rose神经元放电模式调控作用的理论研究[D];安徽师范大学;2010年
6 程世奇;小世界神经元网络的同步控制和发放性统计[D];华东理工大学;2011年
7 邵泉钢;弱透光环境下微构件机器视觉检测关键技术研究[D];浙江大学;2011年
8 田聪;海马神经回路电刺激响应机制的研究[D];浙江大学;2011年
9 刘永霞;指纹图像预处理及特征提取算法的研究与实现[D];电子科技大学;2011年
10 王武飞;基于进化计算的SAR图像分割[D];西安电子科技大学;2009年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 冯学军;;最小二乘支持向量机的研究与应用[J];安庆师范学院学报(自然科学版);2009年01期
2 徐学强;汪渤;于家城;苗常青;;基于改进型脉冲耦合神经网络的图像分割方法[J];弹箭与制导学报;2006年01期
3 顾晓东,余道衡;PCNN的原理及其应用[J];电路与系统学报;2001年03期
4 汤晓东;刘满华;赵辉;陶卫;;复杂背景下的大豆叶片识别[J];电子测量与仪器学报;2010年04期
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6 于江波;陈后金;王巍;李居朋;;脉冲耦合神经网络在图像处理中的参数确定[J];电子学报;2008年01期
7 王丽,卓林,何鹰,赵英,李伟,王小如,Frank Lee;近红外光谱技术鉴别海面溢油[J];光谱学与光谱分析;2004年12期
8 张喜杰;李民赞;崔笛;赵朋;孙建英;唐宁;;温室作物长势的光谱学诊断方法研究与仪器开发[J];光谱学与光谱分析;2006年05期
9 严诗楷;罗国安;王义明;程翼宇;;栀子药材提取工艺的近红外光谱实时控制方法研究[J];光谱学与光谱分析;2006年06期
10 朱登胜;潘家志;何勇;;基于光谱和神经网络模型的作物与杂草识别方法研究[J];光谱学与光谱分析;2008年05期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 周俊;农用轮式移动机器人视觉导航系统的研究[D];南京农业大学;2003年
2 王勇;棉花收获机器人视觉系统的研究[D];南京农业大学;2007年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 顾晓东,程承旗,余道衡;基于粗集与PCNN的图像预处理[J];北京大学学报(自然科学版);2003年05期
2 严加勇,庄天戈;医学超声图像分割技术的研究及发展趋势[J];北京生物医学工程;2003年01期
3 付信际,韩焱;管道环焊缝X射线图像序列实时增强技术研究[J];测试技术学报;2001年04期
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8 顾晓东,余道衡;PCNN的原理及其应用[J];电路与系统学报;2001年03期
9 马义德;杨淼;;一种彩色柔性形态模糊模型的设计及其实现[J];电路与系统学报;2006年03期
10 蔡志勇,张华,胡静,蒋剑,吴建华;一种基于小波变换的焊接图像的焊缝识别算法[J];电子技术应用;2003年06期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 刘贵喜;多传感器图像融合方法研究[D];西安电子科技大学;2001年
2 吴清;脑电信号源数值解法的研究[D];河北工业大学;2001年
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 王磊;基于真实头模型的脑电信号源分析[D];河北工业大学;2004年
2 王咏胜;基于数学形态学的灰度图像的边缘检测技术研究[D];哈尔滨工程大学;2005年
【相似文献】
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1 马奎元,武广华,董学文,孙新海,刘雅洁,史瑞华,王希峰,孙立,魏君臣;PC机对医学图像再处理临床应用研究[J];济宁医学院学报;1998年01期
2 刘志华,郭丽君,邓启义;医用X光机影像数字处理系统[J];潍坊医学院学报;1998年03期
3 鲍依稀,刘清林,康格非,罗春丽;医用显微图像处理系统的研制和软件开发[J];重庆医科大学学报;2000年03期
4 杨春霞,王书智,范春瑛;CT仿真支气管内窥镜及多层面成像诊断中央型肺癌的价值[J];医学影像学杂志;2005年10期
5 侯庆锋;李月卿;王昌元;张军毅;;WINDOWS环境下DICOM医学图像显示方法的初步研究[J];医学影像学杂志;2005年11期
6 高德培;丁莹莹;谭静;封俊;李昆;;16层螺旋CT后处理技术在骨肿瘤诊断中的价值[J];中国CT和MRI杂志;2006年02期
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8 张浩亮;张凤翔;刘智君;;多层螺旋CT血管造影在主动脉夹层中的诊断价值[J];内蒙古医学杂志;2006年08期
9 沈庆隆;黄睿刚;蔡毅勇;黄炎坤;余主花;詹亚来;;多层螺旋CT及重建技术在主动脉夹层诊断中的价值研究(附23例报告)[J];福建医药杂志;2007年01期
10 谢正祥;刘玉红;王志芳;王颖;李虹;吴少波;;图像的带参数二值化方法[J];中国医学物理学杂志;2007年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 张广丽;吕希路;康艳梅;;参数诱导随机共振原理实现alpha稳定噪声中的弱信号检测[A];第十三届全国非线性振动暨第十届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议摘要集[C];2011年
2 张春霞;魏小林;阳德志;王阳;盛宏至;;内旋流流化床内异重颗粒横向扩散系数的试验研究[A];第七届全国实验流体力学学术会议论文集[C];2007年
3 王晓蕾;杨健;;基于图像处理技术的地基云图云量的识别[A];第三届长三角气象科技论坛论文集[C];2006年
4 梁威;沈昱明;;基于改进的Fourier描述子算法的车辆识别[A];第六届全国信息获取与处理学术会议论文集(2)[C];2008年
5 杨浩;袁海文;彭琴;武新成;;基于无向图的沥青路面裂缝检测技术研究[A];2010全国虚拟仪器大会暨MCMI2010’会议论文集[C];2010年
6 魏国强;胡敏良;;图像处理技术及其在水电站泄洪雾化研究中的应用[A];第十六届全国水动力学研讨会文集[C];2002年
7 茹海峰;殷业;;基于与图像相结合的语音端点检测方法研究[A];第三届全国信息获取与处理学术会议论文集[C];2005年
8 刘春桐;赵兵;张志利;仲启媛;;基于图像处理的自动瞄准系统精度研究[A];全国自动化新技术学术交流会会议论文集(一)[C];2005年
9 梁爽;鲁志波;;基于离散小波变换的图像盲水印算法[A];2005中国控制与决策学术年会论文集(上)[C];2005年
10 黄秀声;余伟;陈银莉;;数字图像处理在网格法中的应用[A];全国炼钢连铸过程自动化技术交流会论文集[C];2006年
中国重要报纸全文数据库 前10条
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2 长人 编译;专家评索尼α100[N];中国摄影报;2006年
3 孙婧;视频图像处理技术在案件中的应用[N];西部法制报;2008年
4 武文;索尼两系列电视新品亮相[N];中国质量报;2008年
5 殷幼芳;印前图像处理技术对印刷质量的影响[N];中国包装报;2005年
6 金彧;★图像处理实用小工具Qimage又推新版[N];中国电脑教育报;2002年
7 ;智能化监控对图像处理能力提出更高要求[N];中国电子报;2009年
8 本报记者 刘晖;图像处理引擎的威力[N];计算机世界;2003年
9 赵军红 编译;仿生眼睛助盲人重见光明[N];科技日报;2010年
10 记者 刘宇雄;大力发展种植-养殖耦合系统[N];广东科技报;2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 梁晓冰;脉冲发放神经元及其耦合系统的随机模型研究与应用[D];国防科学技术大学;2009年
2 邓翔宇;PCNN机理研究及其在图像处理中的参数自适应设置[D];兰州大学;2013年
3 刘勍;基于脉冲耦合神经网络的图像处理若干问题研究[D];西安电子科技大学;2011年
4 杨祥龙;随机共振理论在弱信号检测中的应用研究[D];浙江大学;2003年
5 王成;基于脉冲耦合神经网络的感兴趣区图像检测方法及应用[D];华南理工大学;2010年
6 张红娟;基于PCNN的图像去噪和图像增强方法研究[D];兰州大学;2011年
7 余庆军;智能图像处理及其在无线多媒体业务中的应用[D];华南理工大学;2004年
8 程光权;基于方向小波图像处理与几何特征保持质量评价研究[D];国防科学技术大学;2010年
9 王保平;基于模糊技术的图像处理方法研究[D];西安电子科技大学;2004年
10 石永华;基于视觉传感的药芯焊丝水下焊接焊缝自动跟踪系统[D];华南理工大学;2001年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 薛力伟;随机共振系统的参数选取与应用研究[D];兰州大学;2009年
2 邹洋;基于图像处理的摇表读数系统的研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
3 谢虎;基于CCD图像处理的汽车主动安全系统的研究[D];东北大学;2008年
4 裴暑云;基于嵌入式ARM的图像处理的物料分级系统的研究[D];武汉工业学院;2010年
5 朱杰;数字图像处理技术在螺纹检测中的应用研究[D];河北科技大学;2010年
6 陈帅;基于图像处理的监控时延自动化测试系统[D];南京理工大学;2012年
7 王曦;基于随机共振的弱信号检测研究[D];北京邮电大学;2010年
8 汤婵;图像处理课程学习平台的设计与开发[D];华东师范大学;2010年
9 王娜;基于图像处理的玉米叶部病害识别研究[D];石河子大学;2009年
10 陈亭;基于IDL的水质污染监测可视化设计与实现[D];电子科技大学;2010年
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