摘要：本文主要探究了以流体介质与神经元为载体的分子通信混合信道，并进一步分析了基于混合信道的人体内所存的各种类型生物介质与信号。在生理方面，不同介质之间是相互依赖的关系，而且能够相互传播信号以及能量，能够有效实现跨介质信道建模的构建。由于流体血管和神经元网络是非常关键的生物介质，因此基于两者相结合所建立的混合通信模型具有非常重要的现实意义。
关键词：神经网络;分子通信模型;神经元;流体
中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2019）03-0180-02
1 神经网络架构与通信性质
血管与神经元共同组成的简易网络架构图，具体如图1所示。其中，血管网络则包含三部分，即静脉、动脉、毛细血管。其中，静脉与动脉与心脏直接性相连，是身体内营养物质相互交换的重要通道。而毛细血管则位于动脉和静脉相连接的位置上，主要是提供养料给距离心脏位置比较远的部分。而神经系统主要包含两大部分，即中枢神经网络与外围神经网络。其中，外围神经网络位于人体的各个位置，主要任务是传感与传输身体外部的相关信息。而中枢神经网络则是位于人体的头部，是神经系统的关键性环节，主要任务是存储和处理信息。
血管和神经元之间的交互通信主要是基于多种分子在不同的位置上进行位移和反应得以进行的。因为系统太过复杂，彼此间分子位移和反应机制十分繁杂。在此领域，生物界依旧存有许多疑惑。但是以既有知识体系作为重要基础，血管和神经元相互之间的交互具备两大明显特性。其一，双向性。基于生物角度看，血管与神经元之间处于相互依赖生存的关系，这就直接决定了两者都不具有双方所具备物质或能量，因此，只有在双方实现物质和能量彼此交换后，才能够以此作为依赖得以生存。而在交互通信过程中，生物化学反应也存在明显的双向性，其中平衡点与酶的作用之间密切相关。在化学反应平衡点打破的时候，也就代表着全新的交互通信作用也随之产生。其二，交互通信是一项多线程过程。此过程在相同的时间下，各种分子和离子等给予多项空间位置进行交互的过程。在空间范围内，静脉、动脉、毛细血管、中枢神经网络、外围神经网络之间实现彼此交互。血管与神经元两大网络费分布十分广泛，生长也极具缠绕性，这就导致交互的位置非常多元化。虽然位置相同，可通信的生物化学反应也是以各种类型分子与离子为载体，切实参与了整个通信过程，所以说通信具有一定多线程性。而不同分子和离子等等在身体内部逐渐构成所谓的流体，再以血管和神经元通道为载体进一步实现交互通信，然后生物受体得以吸收。
2 神经网络单向单线性通信过程
为了进一步将物理机制简化，构建单一种类分子与单一交互位置的单向单线程混合信道。信息则是按照从血管到神经元的方向进行传输。在血管壁上附着着发送纳米机，如果这一位置是静态的。这样一来，发送纳米机进行调制编码之后，则会慢慢顺着流体介质通道，渐渐涌入，释放出扩散运动状态的信号分析。但是，接收纳米机是在神经元上附着的，而且其具有接收并解码神经信号的功能。另外，中继纳米机则是依附于血管与神经元细胞的中间位置上，其具有中继传输和转换神经信号的良好功能，能够将血管的相关活动信息全面感知到，然后及时收集，再传输给大脑中枢。其中发送纳米机与接收纳米机也可以是人造细胞与人工神经元，而中继纳米机则是传感神经元或者胶质细胞等一系列自然存在的单元，同时也可以是人工神经元。
在通信时，主要包含两个子信道通信，不同信号的中继过程。如果系统是就时隙为依据，进行同步传输，在不同的时隙间，所对应的比特不同，以此为载体进行传输。在时隙中发送纳米机编码比特信息，以此作为血液分子信号，这代表着输入信号。在分子得到释放后及时流进血液中，在血液流动的带动下，分子开始不断漂移扩散，以此实现传输。发送纳米机主要是基于开关键模式进行信息调制，其中发送分子调制比特为1，不发送分子调制比特为0。中继纳米机也具有相应功能，能够感知血管分子，在分子大量集中到其所能感受到的区域范围内时，可以就感知分子量或浓度，不断向周围的神经元中释放电流信号，就是所谓的中继信号。支血管和毛细血管与心脏位置距离比较远，血液流动相对稳定，因此不用对血液流动速度中的异常进行考虑。血液流体动态和抛物线分布明确相符，主要由以下公式进行表示：
其中，ε1与ε-1代表接收与释放分子的速率。Vr代表所能吸附信号分子的球型空间。ρ代表表层配合基受体浓度。Ak（t）代表神经元动态电压，其与中继纳米机释放的离子数、离子穿透概率密切相关。而且為了实现信息中继，神经元动态电压需要和中继纳米机接收的分子数处于正相关关系，具体表示为：
在单位时隙中，所接收信号分子数量逐渐增多，激发的神经元动态电压则会随之增强。在波形离子电流中，正弦波形对神经元的刺激效果最为显著。所以，利用正弦波离子流实例，具体为：
μ代表信号分子所释放出来的离子流强度，a代表正弦离子电流频率，b代表正弦离子电流相位，一般为0。因为许多中继纳米机同时合成对神经元产生刺激，神经元膜部分的电压也会彼此叠加，而其全局电压V（t）和中继纳米机释放离子电流累积相关，则给予霍奇金赫胥黎（HH）模型建模，具体为：
在HH模型中，V0代表在无刺激时神经元休止电位。V（t）在多个Ak（t）作用下不断累积增长，也随着局部离子也在不断流失。如果多项Ak（t）共同合力，那么V（t）的扩展速度则会超过在离子流失影响下不断减小的速度，甚至超过激发门限的时候，此时神经元就会生成电脉冲信号。如果合力不充足时，不能超出激发门限，神经元就不会产生电脉冲信号。神经元信号产生的形式则为电脉冲信号集合，具体为：
φ代表脉冲波形，在满足条件相关条件时，时刻激发产生。产生脉冲信号之后，V（t）会及时回复到休止电位下，这中间的时间大约在15ms，也就是神经学中所谓的绝对不应期。
产生神经元脉冲信号之后，其会在子信道上进行全面传输，传输延迟则与神经元的类型、长度以及脉冲信号的分布息息相关。在前层与后层神经元中，进行信息传输，电压脉冲基于胞体出发，顺着轴突纤维的方向实现传输，再通过囊泡将化学递质信号释放出来，以此方式基于间隙信道进行传输，进而对其他神经元形成适当刺激，最终形成电脉冲信号。
3 结语
总之，混合信道可以实现各种介质的传播，而信道模型则是通过在流体介质扩散信道和神经元脉冲电信号进行有机交换，以此中继异构信道的相关信息。混合信道模型研究进一步扩展到了新型多种生物介质中，其在很大程度上为分子通信接口设计与实践应用奠定了坚实的基础。另外，在具体应用中，从血管到神经元的单向信道模型构建在很大程度上位进行血管健康状态监测提供了有力帮助，不仅可以基于生物传感获知血管的状态信息，还可以基于神经元信息进行传输，然后通过身体外部设备加以获取。
参考文献：
[1] 何鹏.分子通信信道模型关键技术研究[D].2018.
[2] 高长城.人工神经网络模型——神经元矩阵[J].电子技术与软件工程，2014（17）：48-48.
[3] 程珍，赵慧婷，林飞.扩散的分子通信模型的多跳可靠性和时延分析[J].小型微型计算机系统，2018，39（5）.
[4] 樊振宇.BP神经网络模型与学习算法[J].软件导刊，2011，10（7）：66-68.
[5] 程珍，林飞，雷艳静，等.基于扩散的分子通信模型的信道容量分析[J].系统仿真学报，2018（6）.
上一篇：核心期刊论文：中国民营企业家的刑事风险剖析
下一篇：论文发表选题：卷积神经网络在视频跟踪中的应用及发展
相关文章推荐
主页 > 论文欣赏 >
论文发表选题：神经网络分子通信模型分析
2019-05-17 来源:电脑知识与技术 作者：程瑶
Copyright© 2011 - 2019 雅诗论文网© 版权所有 豫ICP备11013941号
客服QQ:308902193 地址：郑州市金水区花园路国基路交叉口居易国际1号楼
客服QQ:308902193 地址：郑州市金水区花园路国基路交叉口居易国际1号楼