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前言1

第1章 计算神经科学和神经计算科学1

1.1 计算神经科学的自然观和方法论3

1.2 计算神经科学的计算观5

1.3 计算神经科学的层次观8

1.4 计算神经科学的模型与实验11

1.5 脑的计算模型能带我们走多远13

1.6 从阴影到形状--计算神经科学一个研究范例14

12.1 蝇视觉飞行控制的两个子系统的不同时空特性18

2.1 McCulloch-Pitts形式神经元模型(McCulloch-Pitts model)21

第2章 单个神经元的计算模型21

2.2 Rosenblatt感知机神经元模型22

2.3 Hopfield神经元模型22

2.4 多项式神经元模型(Polynomial neurons model)23

2.5 整合后发放模型24

2.6 改进的单-点模型25

2.7 电缆和房室模型26

第3章 离子通道和神经元放电模式29

3.1 离子电导性的复杂性和放电模式的多样性29

3.2 离子通道的复杂开关行为近似于Markov过程30

3.3 扩展的H-H方程32

3.4 离子电导性的5个家族37

3.5 离子通道性与学习记忆的细胞机制的关系41

第4章 树突和树突棘的计算45

4.1 树突及其突触的功能46

4.2 树突的电缆方程和房室模型47

4.3 被动树突和可兴奋性树突49

4.4 Cajal的“动态极化”原则52

4.6 树突棘的计算(dendritic spines computing)功能53

4.5 树突计算(dendritic computing)功能53

第5章 突触动力学和突触编码57

5.1 突触电流的模型57

5.2 离子通道的Markov动力学描述59

5.3 配位门控通道的动力学61

5.4 第二信使门控通道动力学模型63

5.5 突触对脉冲序列的定时、间隔和模式的编码65

第6章 轴突模型和轴突上的混沌69

6.1 轴突动作电位的产生71

6.2 在轴突上的混沌活性和走向混沌的途径76

6.3 神经方程中的混沌和混沌神经网络77

6.4 神经系统中存在混沌的可能性78

第7章 NMDA受体动力学(NMDA receptors dynamics)与突触可塑性81

7.1 NMDA受体--致性检测的理想分子器件81

7.2 NMDA受体的动力学模型83

7.3 神经元模型中的NMDA受体85

7.4 NMDA受体参与突触时空整合(synaptic inetgration)88

7.5 NMDA受体参与神经回路振荡89

第8章 Hebb的突触修饰的理论假设和实验证明91

8.1 Hebb突触修饰的理论假设92

8.2 Hebb学习律的扩展94

8.3 Hebb突触的神经生物学实验证明97

8.4 非对称临界时窗与突触后Ca2+的时空模式105

8.5 时间信息转换及存储到突触修饰的空间分布模式106

第9章 视觉各级感受野和功能柱结构的自组织生成111

9.1 Linsker网络层状前馈自组织网络111

9.2 功能柱结构自组织生成的三原则118

9.3 视觉感受野的动态特性120

第10章 脑的知觉自组织和同步振荡假设123

10.1 视知觉组织--初级视觉和高级视觉(early vision and high-level vision)之间的桥梁123

10.2 知觉组织的格式塔原理(gestalt principles of perceptual grouping)和功能突现125

10.3 知觉组织操作需要一种绑定机制126

10.4 神经活动同步化可能是一种选择性绑定机制127

10.5 Singer对神经活动同步化的11条理论预测128

10.6 脑内神经活动同步化的实验观察129

10.7 放电活动的同步化与刺激模式结构的关系132

10.8 同步化连接的发育(devlepment of synchronizlng connections)是依赖经验的134

10.9 感知紊乱(perceptual disturbances)与同步化缺陷135

10.10 同步化有助于时空模式的选择性编码和解码136

10.11 同步振荡活性的起源及其本质138

第11章 “放电定时-时延网络”的神经计算143

11.1 单个“祖母细胞”与模式信息编码和解码144

11.2 时间--编码-解码与模式识别146

11.3 神经表象的定时-时延计算的实验证明150

第12章 视觉图形-背景的相对运动分辨167

12.2 不同时空模式独立激活飞行控制的子系统170

12.3 蝇视觉图形-背景分辨系统的算法描述和计算仿真171

12.4 基于选择性同步的图形-背景分隔网络175

12.5 图形-背景分隔的多模块模型、算法和仿真179

12.6 EMD运动检测器抽提局域时空信息180

12.7 振荡神经网络实现选择性同步绑定182

12.8 相位振荡网络执行视觉输入的选择性识别185

第13章 视觉选择性注意的突现机制191

13.1 “聚光灯”隐喻和竞争过程中的突现特性192

13.2 视觉选择性注意的相振荡子模型193

13.3 周边振荡子同步表示注意状态195

13.4 网络中选择性注意的突现199

13.5 神经元放电时空模式与视觉选择性注意的关系201

13.6 神经元突变损害选择性注意的机制208

第14章 脑的复杂性探索213

14.1 从线性思维到非线性思维的转变213

14.2 脑的复杂性及脑功能的整体性215

14.3 脑的动力学及混沌的边缘219

14.4 自组织临界状态和创造性思维过程223

14.5 脑的复杂性和意识的脑机制229

14.6 意识流与“动态核心”假设233

参考文献235

索引269