● 摘要
脑是从环境中获取信息，处理和储存信息，并产生行为的器官。被传送的这些信息要被读取和传递，首先必须被编码成特殊的形式。神经信息主要依靠神经元丰富的放电活动进行编码。因此，判别神经元在各种情况下的放电活动规律并能够对产生这样模式的外界信息进行认知受到了越来越多的人们的关注。它们的解决将带动神经生物学和信号编码学科的重大进展，为人们更好地理解神经科学奠定坚实的理论础。 本文应用非线性动力系统定性分析，统计知识及数值仿真等手段，研究了神经元放电过程中传递信息的各种放电模式，以及这些相关的传递信息手段对外界激励的作用，包括噪声在信息传递过程中对放电模式的影响。这些结果有助于加深人们对于神经元放电活动和信息传递等领域的认识，并对今后深入探讨神经信息编码和认知有一定的理论指导作用。 第一章介绍了本论文的研究目的及意义、国内外关于神经信息传递、编码、模式识别等领域的研究现状以及本文的主要工作内容。 第二章介绍了神经元的结构、分类、神经系统中信息活动原理以及神经信息编码和识别中常用到一些方法。 第三章提出了一种刻画神经放电时间序列模式的一种新方法。在特征函数基础上定义的三个变量从几何意义方面很好的反映了放电序列模式的特征。把这种方法应用到不同温度下冷感受器放电模式的判别，并与其它传统的统计方法也进行了对比。这样对离散数据的量化提供了一种潜在的解码外界激励的渠道，可以建立放电模式和外界激励的联系。 第四章研究对神经元集群放电序列模式的识别。首先为了量化两个放电序列的差别，定义了欧几里德距离公式。然后对参数和放电序列做了重构计算，结果表明用三个变量刻画神经元时序放电序列的可行性。然后，在此基础上进一步提出了刻画放电序列时空结构的方法。通过对有重复外界激励刺激的刻画，表明了此时空模式识别的有效性。 第五章用ISI-距离方法来研究神经元冷感受器模型中确定性放电序列和带噪声的随机性放电序列间的关系，揭示了噪声是怎样影响神经激励编码机制的。为此，我们研究了建立在Hodgkin-Huxley模型基础上的冷感受器模型。首先对确定性时间序列和噪声诱导的放电序列之间的距离进行了测定，然后用ISI回归映射和ISI距离研究了噪声对放电序列的影响。ISI距离可以再现放电序列的不同模式，包括重复模式，并且能够反映噪声会对冷感受器的不同温度时的模式变化造成的影响。