Research on the Coding Mechanism of Grid Cell in Three Dimensional Environment

由于栅格细胞的特殊性质，奠定了其在空间认知中的主要地位。本文综合神经生物学实验结果，利用自适应竞争网络计算模型，模拟能在三维空间中自由运动的动物在刚出生时，栅格细胞逐渐认知三维环境的过程。 本文首先汇总了大脑空间认知机制神经生物学细胞层面及环路层面的研究进展，详细介绍了空间认知细胞特性和细胞间的关联特性以及认知环路特性。 紧接着介绍了计算神经科学中空间认知机制的主要计算模型，包括路径积分模型和自适应模型，路径积分模型又分为振荡相干模型和连续吸引子模型。本文还详细介绍了现有的三维栅格细胞神经计算模型以及其中的不足。 然后，本文在现有研究的基础上建立空间认知环路中空间认知细胞间的连接计算模型，通过竞争网络限制栅格细胞放电均值及放电稀疏度，并利用赫布学习规则自适应调整连接间权值矩阵。 最后，利用分析栅格细胞常用的自相关、互相关及栅格度分析了生成的三维栅格细胞放电数据，表明自适应竞争网络可以模拟三维栅格细胞的形成过程，栅格细胞最终形成了对三维环境的三维栅格型放电。生成的三维栅格细胞放电结构中面心立方结构和密排六方结构共存，随着时间推移，三维栅格细胞可能偏向于形成密排六方结构。 论文结尾处，总结了对该自适应竞争网络模型的展望，包括对细胞间连接结构改进的思考想法以及对联合栅格细胞层回馈网络改进的思考