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使用分段点过程模型对神经交互作用进行非线性建模,以进行尖峰预测。 (英语) Zbl 1472.92039号

摘要:神经元通过棘突活动进行非线性交流。广义线性模型(GLM)通过输入的线性组合级联、静态非线性函数、非均匀贝努利过程或泊松过程或考克斯过程(如果考虑自历史项)来描述尖峰活动。这种结构考虑了尖峰产生中的输出非线性,但不包括输入神经元之间的非线性相互作用。最近的研究扩展了GLM,使用二次函数对输入神经元之间的相互作用进行建模,该函数考虑了每对输入尖峰之间的相互影响。然而,二次效应可能无法完全捕获输入交互的非线性性质。因此,我们根据人工神经网络的思想,提出了一个分阶段的点过程模型,用几个隐藏单元来描述输入之间的非线性交互。以输入为条件的输出射击概率由两个线性-非线性(线性组合加静态非线性函数)阶段和非均匀伯努利过程级联而成。该模型的参数是通过最大化输出尖峰序列的对数似然来估计的。与GLM中使用的迭代重加权最小二乘算法不同,该算法的性能由凹面条件保证,我们提出了一种改进的Levenberg-Marquardt(L-M)算法,该算法直接计算对数似然的Hessian矩阵,用于我们模型中的非线性优化。所提出的模型在执行中心向外任务的猴子的背侧前运动皮层和初级运动皮层记录的合成数据和真实棘突训练数据上进行了测试。性能通过离散时间重标Kolmogorov-Smirnov检验进行评估,其中我们的模型在统计上优于GLM及其二次扩展,预测结果中具有更高的精度。此外,分段点过程模型用比二次模型少的参数描述输入神经元之间的非线性相互作用,改进的L-M算法也显示出快速收敛性。

MSC公司:

92B20型 生物研究、人工生命和相关主题中的神经网络
92立方厘米20 神经生物学
60G55型 点过程(例如,泊松、考克斯、霍克斯过程)
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全文: 内政部

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