2021年计算神经科学系列报告（三）-- 神经元树突计算的数学理论与分析

报告时间：2021-05-06  10:00 - 11:00

报告人：李松挺  上海交通大学

会议地点：zoom会议室

ID：686 2378 2416   密码：20210506

主办单位：国家天元数学中部中心

组委会：黄橙橙 (匹兹堡大学), 张继伟 (武汉大学), 周栋焯 (上海交通大学)

报告摘要：我们的大脑中有数百亿个神经元，它们从树突上接收成千上万个输入信号，并对这些信号进行时空整合，最终产生动作电位编码信息。由于神经元的树突具有高度复杂的几何结构和非线性离子通道，目前仍缺乏定量的数学理论描述其计算功能。在本次报告中，我将首先为大家介绍单个神经元的生物学特点和它的一些复杂计算功能。随后，为理解神经元的信号整合，我们通过建立描述真实神经元突触输入的PDE电缆模型，并利用渐近分析，推导出神经元整合多个时空输入信号的双线性法则。此外，我们通过降维分析进一步推导得到刻画神经元胞体状态的简化ODE模型，并通过数值计算验证简化模型能够准确刻画原高维PDE模型的树突计算功能，同时显著降低计算复杂度。最后，我们通过电生理实验，成功验证所发展的理论与新模型。我们的模型已被应用于发展模拟大尺度神经元网络的快速算法，为模拟大脑提供了新的计算框架；以及发展受脑启发的类脑算法，为设计新型人工神经网络提供了研究思路。