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动态贝叶斯网络结构搜索法辨识生物神经网络连接

作者:陈晓艳; 董朝轶 内蒙古工业大学电力学院; 中国内蒙古呼和浩特010080; 内蒙古机电控制重点实验室; 中国内蒙古呼和浩特010051
生物网络   因果性连接  

摘要:准确辨识生物网络的功能性连接结构, 对于从系统水平探明网络调控机制, 具有重要意义。文中发展了一种基于最小描述准则(minimum description length, MDL)的动态贝叶斯网络结构搜索法(dynamical Bayesian network structure searching method, DBNSSM), 用于对脉冲神经元网络(pulsed neural network, PNN) (一种人工构造的生物神经元网络)结构进行辨识, 以获得其内部神经元间的功能性连接情况和相互作用强度。在网络结构辨识过程中, 候选网络结构评分函数综合考虑以下两个因素: 1)利用网络动态响应数据确定的网络结构似然度; 2)网络结构的复杂度。以上两因素相互折中后, 评分最小的网络结构, 即为最优网络。网络结构选择过程采用遗传算法(genetic algorithm, GA), 候选网络结构对应的邻接矩阵元素构成二进制染色体, 交叉、变异后, 经历有限代的进化选择, 收敛于全局最优网络结构。最后, 将DBNSSM应用于PNN产生的动态时间序列数据。仿真结果表明: 该方法能够有效地利用网络响应数据, 辨识出生物神经元网络结构, 未来可进一步应用于体外培养生物神经网络结构的辨识。

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