摘要：目的针对具有参数时变、强耦合以及非线性等复杂特性的神经系统,提出了一种神经元放电模式同步的UKF-RBF-PID控制策略。方法首先考虑到神经元膜上离子运动的随机性以及测量的干扰性,提出一种基于UKF(unscented Kalman filter)的神经元滤波方法,应用采样点集迭代过程实现更高的滤波估计精度;其次定义Jacobian阵表示计算值对激励变化的灵敏度信息,利用RBF(radial basis function)神经网络构建从神经元的在线辨识模型;最后设计了PID(proportion integration differentiation)控制器参数动态调整的规则,给出了参数调整的梯度下降法,经迭代实现从神经元和主神经元放电模式的同步。结果针对主从神经元脉冲发放状态的规则性差异情况,以及主从神经元模型参数不匹配的情形,分别进行了相应的仿真计算实验。主神经元为周期状态,从神经元为混沌状态,系统相位相关度0.9996,同步误差0.3907,主从神经元呈现较好的跟随状态;主从神经元均为初始状态不一致的周期类型,系统相位相关度0.9994,同步方差处于合理水平,主从神经元呈现较好的跟随状态;主、从神经元均为初始状态一致的周期类型,其中主神经元为标准参数,从神经元参数失配,系统相位相关度0.9996,有噪声干扰时,神经元间同步方差可接受。结论在噪声的干扰下,主从神经元实现了神经元间的同步,证明了本文提出方法的有效性,有望应用到深部脑刺激治疗方案中。

摘要：目的考虑到图像信息在视觉通路中的表征是多尺度的,为了实现自然场景下多对比度分布图像的轮廓检测任务,提出了一种基于双视通路尺度信息融合的轮廓检测新方法。方法首先构建对亮度信息敏感和对颜色信息敏感的大细胞(M)、小细胞(P)并行通路,构建不同尺度的感受野模拟神经节细胞对刺激的模糊和精细感知,使用亮度对比度和色差信息指导不同尺度感受野响应的自适应融合,使其能够充分提取亮度轮廓和颜色轮廓。其次结合外膝体(lateral geniculate nucleus,LGN)多尺度方向差异编码与多尺度朝向选择性抑制方法,构建显著轮廓提取模型,实现轮廓区域的增强以及背景纹理的抑制。最后将加工后的亮度轮廓和颜色轮廓前馈至初级视皮层(V1)区,构建双通道响应权重调节模型整合M、P通路所得信息,进一步丰富轮廓。结果本文使用BSDS500(berkeley segmentation data set)图像库和NYUD(New York University-depth)图像库对提出的算法进行验证,其中在BSDS500图像库的最优平均准确率(average precision,AP)指标为0.74,相对于SCSI(subfield-based center-surround inhibition)、BAR(bilateral asymmetric receptive)和SED(surround-modulated edge detection)等基于生物视觉机制的检测方法有4%~13%的提升,所得结果轮廓图也更为连续、准确。结论本文利用M、P双通路机制以及亮度信息和颜色信息在前端视觉通路中的编码过程实现轮廓信息的加工与提取,可以有效实现自然图像的轮廓检测,尤其是对于图像中的细微轮廓边缘的检测,也为研究更高级皮层中视觉信息机制提供新的思路。