嗅觉神经系统脉冲编码的机理研究.pdf

中国科学 E 辑 信息科学 2006, 36(4): 449~466 449 嗅觉神经系统脉冲编码的机理研究* 童勤业 钱鸣奇 李 绪 郭宏记 韩晓鹏 李 光 沈公羽 (浙江大学生物医学工程教育部重点实验室, 浙江大学神经信息中心, 杭州 310027) 摘要 提出了衡量神经信息编码的四个主要关键问题, 其中不稳定的神经系 统如何能得出确定的信息处理结果, 这是一个看来十分矛盾的问题, 要解决这一 问题, 必须有一个观念上的改变. 提出了序空间的概念, 以嗅觉系统为例初步解 释了四个关键问题, 也初步解释了嗅觉系统信号过程. 关键词 嗅觉 神经脉冲 编码 圆映射 [1] Eric 总结了一百年有关神经科学的发展概况 , 在结尾处提到: 物理学家和 化学家常谈起现代生物学还是处在非理性阶段, 可是Eric 认为这一日子不会太长 了, 他所指的“这一日子不会太长了”是指分子神经生物学的出现. 确实, 神经递 质 离子通道等的生物化学过程分析已经有了很明确的结果, 但是它还是不能解 决神经信息的问题. 神经元中某些分子成分产生变化, 确实会影响到整个神经系 统的工作. 这正像电视机中某些电阻变质会影响图像质量一样, 但是电阻的化学 成分与图像还是两个层次上的概念, 是两回事. 因此, 即使分子神经生物学发展 得很完整, 神经信息学还只能是处在描述性阶段. [2] Gilles 在 Science 上著文 , 文章开始也有这样一段话: 研究神经编码需要回 答如下问题: 信号携带者的形式是什么? 为什么是这一形式? 虽然这样明显而浅 近的问题, 在这里却变得十分困难和出现各种偏见. [3,4] 在现有的文献中有的认为神经脉冲平均频率代表信息或称为频率编码 , [5] 有的人认为神经脉冲各种分布函数代表信号 , 也有人认为单个神经元脉冲不能 代表信号, 于是提出了一簇神经元发放脉冲的综合波形代表信息的神经团理论 [6,7] 或称为群体编码 . 究竟哪一种理论更正确呢? 我们认为, 神经编码是一串串 不规则的神经脉冲序列本身, 但是, 要确定它是否真是神经信息编码还要回答以 下几个问题: 收稿日期: 2005-04-30; 接受日期: 2005-12-04 * 国家自然科学基金项目(批准号:和“九七三”重大基础预研项目(2002CCA01800)资助 SCIENCE IN CHINA Ser. E Information Sciences 450 中国科学 E 辑 信息科学 第36 卷 1) 神经脉冲序列的集合中能否找到一个子集与外界输入信号建立起对应关 系. 人的神经系统所能接受到的信息都是通过感觉器官,