动力学视角下复杂生物神经网络的特性及建模分析

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作者 咸晶 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期562-562,共1页

大脑是人类最复杂的器官,能够帮助人体处理、解决复杂的外部信息。近年来,从动力学角度对神经网络的建模进行研究已成为一个前沿性课题。由罗晓曙、韦笃取、蒋品群等编著,科学出版社出版的《复杂神经网络的建模与动力学行为研究》,系统... 大脑是人类最复杂的器官,能够帮助人体处理、解决复杂的外部信息。近年来,从动力学角度对神经网络的建模进行研究已成为一个前沿性课题。由罗晓曙、韦笃取、蒋品群等编著,科学出版社出版的《复杂神经网络的建模与动力学行为研究》,系统介绍了复杂生物神经网络的建模,并对复杂生物神经网络的兴奋特性、随机共振、相干共振及最优同步和混沌涌现特性进行研究,其数值模拟成果可为国内外研究该领域提供有效参考。全书分为8个章节。 展开更多

关键词 生物神经网络 随机共振 相干共振 动力学 建模分析 外部信息 前沿性课题

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具有生长和衰老机制的生物神经网络的兴奋特性研究 被引量：2

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作者 吴雷 罗晓曙 郑鸿宇 《中国生物医学工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2008年第6期822-826,837,共6页

在具有侧向抑制机制的小世界人工生物神经网络中,对神经元的放电特性引入增长和衰老机制,构建具有模仿实际生物神经网络生长和衰老功能的网络模型。为了研究该网络模型表现出来的发放电的特性与实际生物神经网络行为之间的一些关系,本... 在具有侧向抑制机制的小世界人工生物神经网络中,对神经元的放电特性引入增长和衰老机制,构建具有模仿实际生物神经网络生长和衰老功能的网络模型。为了研究该网络模型表现出来的发放电的特性与实际生物神经网络行为之间的一些关系,本研究数值仿真分析了该网络模型在不同噪声强度和不同耦合强度下的兴奋特性,发现模拟结果与实际生物神经网络在神经细胞处于生长发育或衰老时,对外界刺激所表现出的兴奋效应及其饱和效应有一定程度上的相似性,研究结果对探索实际生物神经网络的兴奋特性和放电节律具有较好的参考价值。 展开更多

关键词 小世界生物神经网络 Hodgkin-Huxley方程 增长和衰老机制

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生物神经网络计算机仿真中数学建模与信号处理 被引量：2

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作者 陈后金 袁保宗 Douglas A.Baxter 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2003年第4期502-505,共4页

由神经元通过突触联结而组成的生物神经网络可以处理信息和产生特定的电特性 ,认知神经网络信息的产生和传递机理 ,对生物医学具有重要意义 .由于神经网络内部复杂的非线性反馈 ,从微观的生理结构进行各种可能的实验十分困难 .通过分析... 由神经元通过突触联结而组成的生物神经网络可以处理信息和产生特定的电特性 ,认知神经网络信息的产生和传递机理 ,对生物医学具有重要意义 .由于神经网络内部复杂的非线性反馈 ,从微观的生理结构进行各种可能的实验十分困难 .通过分析神经网络的生理和生化结构 ,将信息学与生物医学相结合 ,利用计算机仿真可以系统地分析神经网络的内部结构和外部属性 .为此 ,设计和实现了生物神经网络的计算机仿真系统 ,该仿真系统涉及生物神经网络的等效电路、数学建模、数据表达、信号处理和并行运算等 ,其已在许多科研机构和高等院校得到应用 。 展开更多

关键词 计算机仿真 生物神经网络 数学建模 信号处理

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生物神经网络系统的动力学研究进展及展望 被引量：1

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作者 郑艳红 王青云 《复杂系统与复杂性科学》 EI CSCD 2010年第2期90-96,共7页

生物神经网络系统是复杂的非线性动力学系统,其动力学研究是国内外关注的一个重要课题。本文概括性地介绍神经网络系统的动态特性及影响因素,包括时滞和噪声对神经元网络的同步,同步转迁和随机共振的影响,并且介绍神经网络系统的建模问... 生物神经网络系统是复杂的非线性动力学系统,其动力学研究是国内外关注的一个重要课题。本文概括性地介绍神经网络系统的动态特性及影响因素,包括时滞和噪声对神经元网络的同步,同步转迁和随机共振的影响,并且介绍神经网络系统的建模问题。由于生物神经网络通常是动态的系统,因此建立模型要考虑网络如何受时变连接方式的影响,最后对今后研究给出一些展望。 展开更多

关键词 生物神经网络 时滞 噪声 同步 建模

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生物神经网络仿真中数据表达和并行处理 被引量：1

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作者 陈后金 袁保宗 《系统仿真学报》 CAS CSCD 2003年第5期649-652,673,共5页

生物神经网络可以处理信息和产生特定的电特性,理解其信息产生和传递机理,对生物学将具有重要的意义。由于神经网络内部复杂的非线性反馈,进行各种可能的实验十分困难。为此,将信息学与生物学相结合,数学模型与实验数据相结合,建立了神... 生物神经网络可以处理信息和产生特定的电特性,理解其信息产生和传递机理,对生物学将具有重要的意义。由于神经网络内部复杂的非线性反馈,进行各种可能的实验十分困难。为此,将信息学与生物学相结合,数学模型与实验数据相结合,建立了神经网络计算机仿真系统。在该仿真系统中,提出了面向对象的数据表达,并实现了并行处理,从而极大地提高了仿真系统的效率。该仿真系统已在许多国家科研和教学机构得到广泛使用。 展开更多

关键词 计算机仿真 生物神经网络 数学建模 数据表达 并行处理

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小世界生物神经网络的同步性能研究 被引量：1

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作者 周小荣 罗晓曙 《广西师范大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2008年第1期19-22,共4页

同步现象在自然界和人类社会中广泛存在。研究了由Hodgkin-Huxley(H-H)模型构成的小世界生物神经网络的同步性能。通过数值模拟,得到了标准差σ随耦合强度c、网络规模N以及近邻个数K的变化曲线。研究结果表明:神经元之间的耦合强度在一... 同步现象在自然界和人类社会中广泛存在。研究了由Hodgkin-Huxley(H-H)模型构成的小世界生物神经网络的同步性能。通过数值模拟,得到了标准差σ随耦合强度c、网络规模N以及近邻个数K的变化曲线。研究结果表明:神经元之间的耦合强度在一定范围内小世界生物神经网络能实现同步,而且大网络比小网络更容易同步,近邻个数多会破坏网络的同步。 展开更多

关键词 同步 标准差 时空图 小世界生物神经网络

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体外构筑生物神经网络方法述评

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作者 朱扬明 韦钰 《生物化学与生物物理进展》 SCIE CAS CSCD 北大核心 1993年第6期427-429,共3页

受人工神经网络研究的推动,也由于神经器件研究的需要,探索大脑思维机制的启发,人工控制生物神经网络形成的方法近年受到了人们的重视.下面综述体外控制生物神经网络形成的几种方法,并对它们的特点作适当评述.

关键词 生物神经网络 神经器件 细胞 生长

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基于互信息的生物神经网络功能性连接辨识 被引量：2

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作者 刘剑钊 董朝轶 冯丽斐 《传感器与微系统》 CSCD 2016年第6期59-61,65,共4页

生物神经网络(BNN)功能性连接的辨识方法被广泛地应用于使用BNN的多通道时间序列数据构建网络连接结构,帮助加深对BNN结构和功能间关系的认识和理解。首先,建立基于积分点火(IF)机制的BNN模型,获得多通道神经元脉冲序列;然后,运用互信息... 生物神经网络(BNN)功能性连接的辨识方法被广泛地应用于使用BNN的多通道时间序列数据构建网络连接结构,帮助加深对BNN结构和功能间关系的认识和理解。首先,建立基于积分点火(IF)机制的BNN模型,获得多通道神经元脉冲序列;然后,运用互信息(MI)方法计算出各神经元间的MI值,超过一定阈值的MI表明两个神经元间存在相互连接关系。仿真结果表明:基于MI的网络辨识方法计算开销较小,对BNN功能性连接结构具有较高的辨识度。 展开更多

关键词 生物神经网络 积分点火模型 脉冲序列 互信息

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生物神经网络的建模与仿真 被引量：1

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作者 刘剑钊 董朝轶 冯丽斐 《生物学杂志》 CAS CSCD 2016年第3期104-106,共3页

生物神经网络系统是由许多的神经元之间通过突触相互连接起来,通过突触传递电信号,并且具有相当复杂的非线性网络系统。通过人工构造生物真实性的脉冲神经网络(Spiking Neural Networks,SNN)模型来模拟真实的神经元放电行为。首先,建立... 生物神经网络系统是由许多的神经元之间通过突触相互连接起来,通过突触传递电信号,并且具有相当复杂的非线性网络系统。通过人工构造生物真实性的脉冲神经网络(Spiking Neural Networks,SNN)模型来模拟真实的神经元放电行为。首先,建立基于积分点火(Integrate-and-Fire,IF)机制的SNN模型;然后,确定模型中的参数,并对一个神经元和多个神经元网络进行仿真;最后,对比模型仿真的放电行为和真实神经元放电行为。仿真结果表明:基于IF模型的生物神经网络仿真能较好地逼近真实的生物神经网络。 展开更多

关键词 生物神经网络 脉冲神经网络 积分点火模型 脉冲序列

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刺激引起的小世界生物神经网络同步 被引量：1

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作者 郑鸿宇 罗晓曙 《复杂系统与复杂性科学》 EI CSCD 2008年第1期49-53,共5页

同步现象广泛存在于脑神经活动中。本文构造了一个具有小世界连接特性的生物神经网络,数值模拟研究了外加刺激频率引起的放电同步现象。同时考虑网络结构对同步的影响,取网络耦合强度作为参量来研究它对网络同步的影响。研究发现,在某... 同步现象广泛存在于脑神经活动中。本文构造了一个具有小世界连接特性的生物神经网络,数值模拟研究了外加刺激频率引起的放电同步现象。同时考虑网络结构对同步的影响,取网络耦合强度作为参量来研究它对网络同步的影响。研究发现,在某一个特定的共同外加刺激频率下,生物神经网络会出现尖峰同步放电现象。当网络的耦合强度增大时,使网络产生同步现象的频率点将会逐步增多。仿真结果表明不同的生物神经网络结构对输入信号的频率具有不同的选择性。 展开更多

关键词 小世界网络 生物神经网络 同步

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基于离体神经网络的生物智能计算:关键技术与研究现状(特邀)

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作者 杜金帅 邓寅 +7 位作者 曹世阳 陆泽营 李杰 韩卓 周晋民 王棵 桂丽丽 徐坤 《红外与激光工程》 北大核心 2025年第3期93-113,I0001,共22页

随着人工智能(AI)的快速发展,其高能耗、低解释性和灵活性不足等问题日益凸显。生物神经网络(Biological Neural Networks,BNN)因其基于真实生物神经元的动态可塑性和自适应性,成为突破AI瓶颈的重要研究方向。离体培养的BNN通过精确的... 随着人工智能(AI)的快速发展,其高能耗、低解释性和灵活性不足等问题日益凸显。生物神经网络(Biological Neural Networks,BNN)因其基于真实生物神经元的动态可塑性和自适应性,成为突破AI瓶颈的重要研究方向。离体培养的BNN通过精确的培养技术和先进的调控手段,为理解生物大脑的信息处理机制以及开发新型智能系统提供了实验平台。文中系统地综述了离体BNN的培养方法及功能优化技术,包括二维和三维培养方式,以及模块化网络构建与连接调控方法。详细探讨了电学刺激、光学刺激和化学刺激等信号输入技术,以及细胞内外动作电位记录、钙荧光成像等信号输出技术。此外,还分析了BNN在静态任务(如语音识别)和实时交互任务(如神经机器人控制)中的应用实例,展示了其在动态学习、复杂模式识别和实时任务适应中的潜力。最后,总结了当前基于BNN的生物智能计算研究的主要挑战,提出了未来研究的方向,希望为未来生物智能计算的研究与发展提供一定启示。 展开更多

关键词 生物神经网络 离体培养 双向通信技术 生物智能计算

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基于生物启发神经网络的无人水面艇实时避障路径规划 被引量：1

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作者 颜明重 李琛 朱大奇 《上海海事大学学报》 北大核心 2024年第3期10-15,48,共7页

针对无人水面艇(unmanned surface vehicle,USV)自主航行过程中的避障与遵守海事交通规则之间潜在的冲突问题,设计基于生物启发神经网络并且遵守《1972年国际海上避碰规则》(Convention on the International Regulations for Preventin... 针对无人水面艇(unmanned surface vehicle,USV)自主航行过程中的避障与遵守海事交通规则之间潜在的冲突问题,设计基于生物启发神经网络并且遵守《1972年国际海上避碰规则》(Convention on the International Regulations for Preventing Collisions At Sea,1972,COLREGs)的实时避障路径规划方法。运用STM32嵌入式平台搭建包括超声波、红外激光、陀螺仪和GPS传感器的小型USV水面环境感知硬件架构,将多传感器输出的动态环境信息通过栅格地图映射到二维神经网络中。USV根据神经网络活性势图自动规划通向目标点的无碰撞路径。通过多种船舶航行交汇局面的实验,证明该方法既安全又符合COLREGs的要求。 展开更多

关键词 无人水面艇(USV) 生物启发神经网络 路径规划 避障 海事交通规则

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自治水下机器人的自主启发式生物启发神经网络路径规划算法 被引量：36

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作者 朱大奇 刘雨 +1 位作者 孙兵 刘清沁 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第2期183-191,共9页

针对复杂海流环境下自治水下机器人(autonomous underwater vehicle, AUV)的路径规划问题,本文在栅格地图的基础上给出了一种基于离散的生物启发神经网络(Glasius bio-inspired neural networks, GBNN)模型的新型自主启发式路径规划和... 针对复杂海流环境下自治水下机器人(autonomous underwater vehicle, AUV)的路径规划问题,本文在栅格地图的基础上给出了一种基于离散的生物启发神经网络(Glasius bio-inspired neural networks, GBNN)模型的新型自主启发式路径规划和安全避障算法,并考虑海流对路径规划的影响.首先建立GBNN模型,利用此模型表示AUV的工作环境,神经网络中的每一个神经元与栅格地图中的位置单元一一对应;其次,根据神经网络中神经元的活性输出值分布情况并结合方向信度算法实现自主规划AUV的运动路径;最后根据矢量合成算法确定AUV实际的航行方向.障碍物环境和海流环境下仿真实验结果表明了生物启发模型在AUV水下环境中路径规划的有效性. 展开更多

关键词 栅格地图 生物启发神经网络 运动规划 海流环境 避障

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生物激励神经网络路径规划仿真研究与改进 被引量：12

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作者 范莉丽 王奇志 孙富春 《北京交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第2期84-88,共5页

生物激励神经网络移动机器人路径规划方法是一种新颖的方法,可用于在动态不确定环境下生成实时的避障轨迹.本文的仿真结果表明当该方法被应用于点对点路径规划时,生成路径可能不满足路径长度要尽可能短的约束条件;当该方法被应用于全覆... 生物激励神经网络移动机器人路径规划方法是一种新颖的方法,可用于在动态不确定环境下生成实时的避障轨迹.本文的仿真结果表明当该方法被应用于点对点路径规划时,生成路径可能不满足路径长度要尽可能短的约束条件;当该方法被应用于全覆盖路径规划时,生成路径可能不满足覆盖过程应有规律和重复覆盖应尽可能少的约束条件.本文对上述出现的不合理现象进行了理论分析并分别提出了在点对点路径规划中引进目标制导和在全覆盖路径规划中引进规则制导的改进方法.仿真结果表明改进方法是有效的. 展开更多

关键词 移动机器人 路径规划 生物激励神经网络 点对点路径规划 全覆盖路径规划

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改进型生物激励神经网络的路径规划方法 被引量：20

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作者 王耀南 潘琪 陈彦杰 《控制工程》 CSCD 北大核心 2018年第4期541-548,共8页

针对生物激励神经网络在一些情况下存在的路径非最优问题，通过分析其产生机理，做出了相应的改进：对边界附近和障碍物之间的路径点引入了假想的非障碍物相邻点，增大了激励输入，使得这些路径点的活性值增大，解决了路径错判问题；同... 针对生物激励神经网络在一些情况下存在的路径非最优问题，通过分析其产生机理，做出了相应的改进：对边界附近和障碍物之间的路径点引入了假想的非障碍物相邻点，增大了激励输入，使得这些路径点的活性值增大，解决了路径错判问题；同时，在下一个位置的决策中加入了转角最小因素，减少了路径的转折次数。仿真结果表明，改进后的生物激励神经网络方法适用于实时动态环境下的移动机器人路径规划，且全面地提升了路径质量。 展开更多

关键词 移动机器人 路径规划 分流方程 生物激励神经网络

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基于生物激励神经网络的清洁机器人遍历路径规划算法的改进 被引量：6

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作者 张志远 赵幸 靳晔 《轻工学报》 CAS 2018年第4期73-78,85,共7页

针对基于生物激励神经网络的清洁机器人遍历路径规划算法的遍历面积重复率和遍历路径总长度均较大的问题,对该算法进行了改进:在脱困算法中,采用实时监测机器人邻域神经元状态的方法,使机器人脱困路径缩短;引入邻域神经元状态准则,使机... 针对基于生物激励神经网络的清洁机器人遍历路径规划算法的遍历面积重复率和遍历路径总长度均较大的问题,对该算法进行了改进:在脱困算法中,采用实时监测机器人邻域神经元状态的方法,使机器人脱困路径缩短;引入邻域神经元状态准则,使机器人在遇到孤岛障碍物避障时,先沿障碍物边沿遍历.仿真结果表明,改进算法可以有效降低遍历面积重复率、遍历路径总长度和转弯次数. 展开更多

关键词 清洁机器人 路径规划 生物激励神经网络

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基于威胁评估与生物激励神经网络的机器人路径规划研究 被引量：3

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作者 代亚兰 熊禾根 +1 位作者 陶永 李公法 《高技术通讯》 EI CAS 北大核心 2019年第6期585-593,共9页

针对未知动态环境下移动机器人的路径规划问题,考虑传感器检测范围的有限性与动态障碍物运动的不确定性,提出一种基于动态威胁评估的改进生物激励神经网络算法。采用栅格法与基于虚拟目标点的滚动优化方式进行路径寻优。进一步地,提出... 针对未知动态环境下移动机器人的路径规划问题,考虑传感器检测范围的有限性与动态障碍物运动的不确定性,提出一种基于动态威胁评估的改进生物激励神经网络算法。采用栅格法与基于虚拟目标点的滚动优化方式进行路径寻优。进一步地,提出一种基于直觉模糊集的动态属性决策方法,评估动态障碍物对机器人的威胁程度,并根据生物激励神经网络(BINN)的特点,在动态威胁模型中引入导向传递方式建立子激励模型,引入神经元“亲近值”改进神经元动态变化方程。最后,通过仿真实验验证了该改进算法的有效性。 展开更多

关键词 路径规划 动态障碍 虚拟目标 威胁评估 生物激励神经网络(BINN)

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基于生物启发神经网络的水下坝面表观裂缝检测路径规划算法 被引量：8

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作者 马建业 郑东健 孙建伟 《水利水电科技进展》 CSCD 北大核心 2022年第6期60-65,85,共7页

为连续获取水下坝面表观长裂缝的局部图像,基于生物启发神经网络设计了一种自治水下机器人水下坝面表观裂缝检测路径规划算法。算法对裂缝走向进行标识,计算出其指向的栅格,并将指向结果通过活性增益的方式应用到路径决策中。通过仿真... 为连续获取水下坝面表观长裂缝的局部图像,基于生物启发神经网络设计了一种自治水下机器人水下坝面表观裂缝检测路径规划算法。算法对裂缝走向进行标识,计算出其指向的栅格,并将指向结果通过活性增益的方式应用到路径决策中。通过仿真试验证实了该算法在保证对检测对象全覆盖的前提下,能够连续获取长裂缝的局部图像,连续度较牛耕法所规划的路径有较大的提升,有助于长裂缝图像拼接。 展开更多

关键词 水下表观裂缝 裂缝检测 图像处理 生物启发神经网络 全覆盖路径规划

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基于生物刺激神经网络的多机器人编队方法 被引量：1

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作者 仰晓芳 倪建军 《计算机应用》 CSCD 北大核心 2013年第5期1298-1300,1304,共4页

多机器人编队控制是多机器人协作领域的重要研究内容之一,如何实现多机器人朝同一目标移动的同时保持队形是多机器人编队的一个热点和难点问题。针对这一问题,提出一种新的基于生物刺激神经网络的多机器人动态编队方法,采用基于leader-r... 多机器人编队控制是多机器人协作领域的重要研究内容之一,如何实现多机器人朝同一目标移动的同时保持队形是多机器人编队的一个热点和难点问题。针对这一问题,提出一种新的基于生物刺激神经网络的多机器人动态编队方法,采用基于leader-referenced编队模型实时计算各机器人的虚拟目标位置,利用生物刺激神经网络进行机器人导航。最后进行仿真实验,实验结果表明该方法在实现多机器人实时避障并保持队形的同时,朝同一目标移动,而且可以很快实现队形变换,具有较好的实时性和灵活性。 展开更多

关键词 动态编队 生物刺激神经网络 机器人导航 多机器人协作

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基于改进神经网络的多AUV全覆盖路径规划 被引量：20

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作者 朱大奇 朱婷婷 颜明重 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第8期1505-1514,共10页

针对三维环境下的多自主水下机器人(AutonomousUnderwaterVehicle,AUV)全覆盖路径规划问题,提出一种基于改进神经网络—Glasius生物启发神经网络(GlasiusBio-inspiredNeural Network,GBNN)的全覆盖路径规划算法。对AUV的水下工作环境构... 针对三维环境下的多自主水下机器人(AutonomousUnderwaterVehicle,AUV)全覆盖路径规划问题,提出一种基于改进神经网络—Glasius生物启发神经网络(GlasiusBio-inspiredNeural Network,GBNN)的全覆盖路径规划算法。对AUV的水下工作环境构建离散的三维栅格地图;根据栅格地图,建立相对应的三维GBNN模型;根据GBNN活性值的动态变化,AUV规划各自的搜索路径,对水下任务区域进行全覆盖搜索。仿真结果表示,多AUV可以协同完成覆盖搜索任务,能够自动避开各类静态和动态的障碍物,自动逃离路径的死锁区。 展开更多

关键词 多AUV 三维环境 全覆盖路径规划 Glasius生物启发神经网络

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