×

结构化脉冲神经网络的熵、互信息和系统度量。 (英语) Zbl 1455.92007年

摘要:本文的目的是研究一类结构化尖峰神经元网络的各种信息理论测度,包括熵、互信息以及一些基于互信息的系统测度。为了分析和计算大型网络的这些信息理论度量,我们通过忽略落入同一个小时间段的尖峰的顺序来粗粒度化数据。生成的粗粒度熵主要捕获网络局部种群产生的节奏中包含的信息。我们首先通过证明随机稳定性和大数定律,证明了这些信息理论测度是明确定义的和可计算的。然后,我们使用三个从简单到复杂的神经元网络示例来研究这些信息理论度量。给出了关于这些信息理论测度性质的几个分析和计算结果。

MSC公司:

92B20型 生物研究、人工生命和相关主题中的神经网络
94甲17 信息的度量,熵
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用

参考文献:

[1] 阿迪提亚,阿迪提亚五世。;Young,Lai Sang,尖峰神经元的动力学:在同质性和同步性之间,计算机J。神经科学。,34, 3, 433-460 (2013) ·Zbl 1276.92020号
[2] 阿迪提亚,阿迪提亚五世。;Young,Lai-Sang,《视觉皮层模型中的涌现动力学》,J.Compute。神经科学。,3515-167(2013年)
[3] 亚历克斯·戈达德,C。;斯里德哈兰,德瓦拉扬;John R.Huguenard。;Knudsen,Eric I.,在注意力相关的中脑网络中局部产生伽马振荡,《神经元》,73,3,567-580(2012)
[4] 安托斯,安德拉斯;Kontoyiannis,Ioannis,离散分布函数估计的收敛性,随机结构。阿尔戈。,19, 3-4, 163-193 (2001) ·Zbl 0985.62006号
[5] 亚历山大·博斯特(Alexander Borst);Theunissen,Frédéric E.,《信息理论与神经编码》,《自然神经科学》。,11, 947 (1999)
[6] Logan Chariker;Young,Lai-Sang,神经元群体中的突发性棘波模式,J.Computat。神经科学。,38, 1, 203-220 (2015) ·Zbl 1409.92009年9月
[7] Logan Chariker;罗伯特·沙普利(Robert Shapley);Young,Lai-Sang,猕猴v1皮层综合模型中极少量lgn输入的定向选择性,神经学杂志。,36, 49, 12368-12384 (2016)
[8] Costa,Madalena;Ary L.Goldberger。;彭春光,生物信号的多尺度熵分析,物理学。E版,71,2,第021906条pp.(2005)
[9] 托马斯·库弗(Thomas M.Cover)。;Thomas,Joy A.,信息理论要素(2012),John Wiley&Sons·Zbl 1140.94001号
[10] 杰拉尔德·埃德曼。;Joseph A.Gally,《生物系统中的退化和复杂性》,Proc。国家。阿卡德。科学。,98, 24, 3763-13768 (2001)
[11] 查尔斯·吉尔伯特(Charles D.Gilbert)。;Wiesel,Torsten N.,猫视觉皮层内在水平和皮质连接的柱状特异性,神经科学杂志。,9, 7, 2432-2442 (1989)
[12] 杰拉尔德·哈恩(Gerald Hahn);亚历杭德罗·F·布扬。;弗莱格纳克,伊夫斯;Aertsen,广告。;Arvind Kumar,《尖峰神经元网络中的共振通信》,《公共科学图书馆·计算》。生物,10,8,e1003811(2014)
[13] 杰拉尔德·哈恩;阿德里安·蓬斯·阿尔瓦雷斯(Adrian Ponce-Alvarez);古斯塔沃·德科;解码。,广告。;阿文德·库马尔(Arvind Kumar),《神经元网络中的通信肖像》,《神经科学自然评论》。,1 (2018)
[14] Hubel,David H.,《眼睛、大脑和视觉》,科学。美国图书馆/科学。《美国图书》(1995)
[15] Kang,Kukjin;迈克尔·雪莱;Sompolinsky,Haim,墨西哥帽子和视觉皮层的风车,Proc。美国国家科学院。科学。,100, 5, 2848-2853 (2003)
[16] 卡舒贝、马提亚斯;迈克尔·施纳贝尔(Michael Schnabel);Löwel,Siegrid;大卫·M·科波拉(David M.Coppola)。;莱昂纳德·怀特(Leonard E.White)。;弗雷德·沃尔夫(Fred Wolf),《视觉皮层定向柱进化的普遍性》,《科学》,330,6007,1113-1116(2010)
[17] Lee,Kwang-Hyuk;Leanne M.Williams。;Michael Breakspear;Gordon,Evian,《同步γ活动:精神分裂症综合神经科学模型的回顾和贡献》,《脑研究评论》,第41、1、57-78页(2003年)
[18] 李、姚;许慧。,随机神经场模型:多个射击事件和相关性,数学杂志。生物,1-36(2019)·Zbl 1425.92045号
[19] 李、姚;Yi,Yingfei,《生物网络的系统测量ii:退化性、复杂性和鲁棒性》,Commun。纯应用程序。数学。,69, 10, 1952-1983 (2016) ·Zbl 1349.92065号
[20] 李、姚;高拉夫·德维迪;黄文;梅丽莎·L·肯普。;Yi,Yingfei,生物系统简并性的量化,用于表征模块之间的功能相互作用,J.Theor。《生物学》,302,29-38(2012)·Zbl 1325.92037号
[21] 李、姚;Logan Chariker;Young,Lai Sang,简化模型在多大程度上捕捉了相互作用神经元模型中的动力学?,数学杂志。生物学,78,1-2,83-115(2019)·Zbl 1410.92010年
[22] Malach,R。;阿米尔,Y。;哈雷,M。;Grinvald,A.,通过光学成像和灵长类纹状体皮层体内靶向生物细胞素注射揭示的内在联系和功能结构之间的关系,Proc。美国国家科学院。科学。,90, 22, 10469-10473 (1993)
[23] 梅农,V。;弗里曼,W.J。;Cutillo,B.A。;德斯蒙德,J.E。;沃德,M.F。;Bressler,S.L。;Laxer,K.D。;北卡罗来纳州巴巴拉。;Gevins,A.S.,人类γ带皮层电图的时空相关性,脑电图。临床。神经生理学。,98, 2, 89-102 (1996)
[24] 伊利亚州内曼;威廉·比亚莱克(William Bialek);Rob De Ruyter;Stevenick,Van,《神经棘突训练中的熵和信息:抽样问题的进展》,Phys。E版,69,5,第056111条,pp.(2004)
[25] 帕宁斯基,利亚姆,熵和互信息的估计,神经计算。,15, 6, 1191-1253 (2003) ·Zbl 1052.62003年
[26] Rangan,Aaditya V。;Young,Lai-Sang,《生物网络中退化和冗余的度量》,Proc。美国国家科学院。科学。,96, 6, 3257-3262 (1999)
[27] 丹·斯特勒(Dan D.Stettler)。;达斯(Aniruddha Das);Jean Bennett;查尔斯·吉尔伯特(Charles D.Gilbert),猕猴初级视皮层中的横向连接性和上下文交互作用,《神经元》(Neuron),第36、4、739-750页(2002年)
[28] 斯特朗,S.P。;De Ruyter Van,R.R。;史蒂文尼克·威廉(Stevenick William),比亚莱克(Bialek);Roland Koberle,《信息理论在神经棘波训练中的应用》,Pac。交响乐团。生物计算。,1998, 621-632 (1998)
[29] 斯特朗,史蒂文·P。;罗兰·科伯勒;Rob R.De Ruyter。;范·史蒂文尼克;威廉·比亚莱克(William Bialek),《神经棘突训练中的熵和信息》(Entropy and information in neural spike trains),《物理学》(Phys)。修订稿。,80, 1, 197 (1998)
[30] 朱利奥·托诺尼;孢子,奥拉夫;Edelman,Gerald M.,《大脑复杂性的测量:神经系统中相关功能分离和整合》,Proc。国家。阿卡德。科学。,91, 11, 5033-5037 (1994)
[31] James M.Whitacre,《退化:生物系统中进化性、稳健性和复杂性之间的联系》,Theor。生物医学模型。,7, 1, 6 (2010)
[32] Yeung,Raymond W.,信息理论第一课程(2012年),施普林格科学与商业媒体
此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。其项与zbMATH标识符进行启发式匹配,可能包含数据转换错误。在某些情况下,zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献,而不要求完整或完全匹配。