生物神经元动力学中体现的随机性

一、神经元之间突触权重的随机性

在生物神经系统中，在不同神经元之间存在的突触连接权与其间的粒子扩散过程密切相关。其中，在这种过程中存在着两种主要现象：其一是类似于弹性力（漂移现象），它试图将系统达到动态平衡状态；其二是类似于噪声的存在现象（随机力量），这种现象是由不同神经元之间的相互作用所导致的。这些观察到的现象即为突触连接权更新的基础依据。基于先前的研究发现，在一定范围内人们普遍认为突触连接权是一些预先设定好的随机值，并且这些随机值与观察到的现象相关联；同时，在理论层面也提出了布朗运动的概念来解释这一现象的本质特征。综上所述的所有观点表明，在生物神经系统中不同神经元之间的连接权呈现出一定的随机性特征。

二、神经元动力学（神经元模型）的随机性

目前使用的神经元动力学模型（如Leaky Integrate-and-Fire模型）通常采用确定性的形式来描述系统的动态行为。然而，在许多神经元模型中可能存在未明确考虑的随机性因素（如噪声的影响）。

引起神经元产生噪声的原因包括：

1. 由于离子通道开关具有随机特性，在动作电位上升阶段偶尔会中断。
2. 神经递质释放过程呈现一定的随机性，在突触后膜形成动态变化的电位变化模式。
3. 即使外界输入强度未达到阈值水平，在膜电位恢复到 resting state 之后仍可能触发动作电位。