心脏Hodgkin-Huxley浦肯野纤维模型的忆阻特性及边缘混沌研究
发布时间：2021-09-02 05:05
随着科学技术的飞速进步,人们期待通过对大脑这个复杂网络来探索生命智能活动规律,同时对人工智能和计算机科学的发展提供新的思路。Hodgkin-Huxley模型是通过测量乌贼触突电生理活动而得出的数学模型,在众多神经网络模型中成为一个经典标志性的量化模型。忆阻器一直被认为是一种“被遗忘”的重要元件,它具有体积小、存储量大、能耗低、有记忆和类似神经元突触等特点,在人工神经网络中还具有自主学习和权值可塑性质。混沌作为非线性学中的一个重要概念,被称为二十世纪三大科学发现之一,它从科学的角度解释了有序和随机之间的过度区域,而边缘混沌又是复杂神经系统自发调整和短暂存在的非线性动力学形态的表现。本文主要研究的内容包括:（1）以心脏Hodgkin-Huxley浦肯野（Purkinje）纤维细胞模型为研究对象,发现钾离子通道和钠离子通道具有不同强度的忆阻特性,并规划出一阶钾离子忆阻器和二阶钠离子忆阻器的电路结构,在此基础上分别设计了基于平衡点的钾离子和钠离子微扰等效忆阻电路。（2）依据边缘混沌的数学定义,将心脏浦肯野纤维模型的活动状态分成三个主要区域:局部活动、局部被动和边缘混沌,研究不同黄金分割参数（a...
【文章来源】：江西理工大学江西省
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Hodgkin-Huxley著名枪乌贼神经纤维突触及神经元分布示意图
2.1 惠普实验室忆阻器的发现得益于纳米技术的突飞猛进，2008 年惠普实验室首次得到了纳米级忆阻器实物，实验人员在研究二氧化钛的边界迁移模型时偶然发现了其忆阻的特性，图2.1 中显示了惠普忆阻器实物及工作原理。(a) 惠普忆阻器实物示意图(b) 惠普忆阻器模型(c) 惠普忆阻器原理图图2.1 惠普实验室首次发现的忆阻器惠普忆阻器使用两块极薄的金属铂(Pt)电极夹着一块二氧化钛(TiO2)，但中间的二氧化钛可以看作两部分，一部分是正常的二氧化钛(TiO2)，另一部分是缺少一些氧原子的二氧化钛(TiO2-n)，我们将缺少氧原子的部分称为氧空缺。由于缺少负价的氧原子，TiO2-n显现出正价，对电流表现出更小的阻碍作用。忆阻器的工作原理是，电流通过铂电极流入二氧化钛中，当电流从含氧空缺的部分流入，将会通过电场间作用力将氧空缺牵引至正常的部分，导致二氧化钛中氧空缺比例增大，整体电阻减小；反之，当电流从正常部分流入，会将氧空反向牵引回到之前含氧空缺的部分
：(1)同一零点：对于电阻0 R ( x) ，或电导0 G ( x) 的忆阻器，其电压波形 v t 与电流波形 i t 有相同的零点，即它们会同时聚集在同一个零点位置，如图2.2 所示。图2.2 忆阻器的电压与电流波形(2)收缩的磁滞回线 对于任何周期忆阻器，假设 v t 或 i t 全为正值或全为负值，其信号 或 对应的v i曲线必定穿过原点。如果 R ( x ) 0、 G ( x ) 0，则 曲线除原点外不可能与i轴(v轴)有交点。(3)磁滞回线随频率变化 忆阻器磁滞回线的形状随着输入信号频率 的变化而发生改变，特别的，当 时，该轨迹逐步接近为一条直线，直线的斜率取决于输入电压 v t 或电流 i ( t )的振幅和波形，且( )lim ( )( )v tR t i t 。假设电流 i ( t ) A sin( t)，则电压v与电流i所具有 曲线如图 2.3 所示
【参考文献】：
期刊论文
[1]含三个忆阻器的六阶混沌电路研究[J]. 王伟,曾以成,孙睿婷. 物理学报. 2017(04)
[2]具有突触特性忆阻模型的改进与模型经验学习特性机理[J]. 邵楠,张盛兵,邵舒渊. 物理学报. 2016(12)
[3]基于相空间重构的Bernstein神经网络混沌序列预测[J]. 张宏立,李瑞国,范文慧. 系统仿真学报. 2016(04)
[4]一种反向串联忆阻突触电路的设计及应用[J]. 杨玖,王丽丹,段书凯. 中国科学:信息科学. 2016(03)
[5]基于动态混沌神经网络的预测研究——以马铃薯时间序列价格为例[J]. 李哲敏,许世卫,崔利国,张建华. 系统工程理论与实践. 2015(08)
[6]基于混沌理论和改进径向基函数神经网络的网络舆情预测方法[J]. 魏德志,陈福集,郑小雪. 物理学报. 2015(11)
[7]基于TiO2忆阻器的混沌振荡电路[J]. 彭存建,王光义,王伟. 杭州电子科技大学学报. 2014(02)
[8]改进型细胞神经网络实现的忆阻器混沌电路[J]. 李志军,曾以成,李志斌. 物理学报. 2014(01)
[9]荷控忆阻器等效电路分析模型及其电路特性研究[J]. 胡丰伟,包伯成,武花干,王春丽. 物理学报. 2013(21)
[10]希氏-浦肯野系统电冲动与实验性室性心律失常的关系[J]. 郭成军,吕树铮,王天松. 中国心脏起搏与心电生理杂志. 2004(05)
硕士论文
[1]Hodgkin-Huxley模型的分岔与混沌分析[D]. 车艳秋.天津大学 2005
本文编号：3378371
【文章来源】：江西理工大学江西省
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Hodgkin-Huxley著名枪乌贼神经纤维突触及神经元分布示意图
2.1 惠普实验室忆阻器的发现得益于纳米技术的突飞猛进，2008 年惠普实验室首次得到了纳米级忆阻器实物，实验人员在研究二氧化钛的边界迁移模型时偶然发现了其忆阻的特性，图2.1 中显示了惠普忆阻器实物及工作原理。(a) 惠普忆阻器实物示意图(b) 惠普忆阻器模型(c) 惠普忆阻器原理图图2.1 惠普实验室首次发现的忆阻器惠普忆阻器使用两块极薄的金属铂(Pt)电极夹着一块二氧化钛(TiO2)，但中间的二氧化钛可以看作两部分，一部分是正常的二氧化钛(TiO2)，另一部分是缺少一些氧原子的二氧化钛(TiO2-n)，我们将缺少氧原子的部分称为氧空缺。由于缺少负价的氧原子，TiO2-n显现出正价，对电流表现出更小的阻碍作用。忆阻器的工作原理是，电流通过铂电极流入二氧化钛中，当电流从含氧空缺的部分流入，将会通过电场间作用力将氧空缺牵引至正常的部分，导致二氧化钛中氧空缺比例增大，整体电阻减小；反之，当电流从正常部分流入，会将氧空反向牵引回到之前含氧空缺的部分
：(1)同一零点：对于电阻0 R ( x) ，或电导0 G ( x) 的忆阻器，其电压波形 v t 与电流波形 i t 有相同的零点，即它们会同时聚集在同一个零点位置，如图2.2 所示。图2.2 忆阻器的电压与电流波形(2)收缩的磁滞回线 对于任何周期忆阻器，假设 v t 或 i t 全为正值或全为负值，其信号 或 对应的v i曲线必定穿过原点。如果 R ( x ) 0、 G ( x ) 0，则 曲线除原点外不可能与i轴(v轴)有交点。(3)磁滞回线随频率变化 忆阻器磁滞回线的形状随着输入信号频率 的变化而发生改变，特别的，当 时，该轨迹逐步接近为一条直线，直线的斜率取决于输入电压 v t 或电流 i ( t )的振幅和波形，且( )lim ( )( )v tR t i t 。假设电流 i ( t ) A sin( t)，则电压v与电流i所具有 曲线如图 2.3 所示
【参考文献】：
期刊论文
[1]含三个忆阻器的六阶混沌电路研究[J]. 王伟,曾以成,孙睿婷. 物理学报. 2017(04)
[2]具有突触特性忆阻模型的改进与模型经验学习特性机理[J]. 邵楠,张盛兵,邵舒渊. 物理学报. 2016(12)
[3]基于相空间重构的Bernstein神经网络混沌序列预测[J]. 张宏立,李瑞国,范文慧. 系统仿真学报. 2016(04)
[4]一种反向串联忆阻突触电路的设计及应用[J]. 杨玖,王丽丹,段书凯. 中国科学:信息科学. 2016(03)
[5]基于动态混沌神经网络的预测研究——以马铃薯时间序列价格为例[J]. 李哲敏,许世卫,崔利国,张建华. 系统工程理论与实践. 2015(08)
[6]基于混沌理论和改进径向基函数神经网络的网络舆情预测方法[J]. 魏德志,陈福集,郑小雪. 物理学报. 2015(11)
[7]基于TiO2忆阻器的混沌振荡电路[J]. 彭存建,王光义,王伟. 杭州电子科技大学学报. 2014(02)
[8]改进型细胞神经网络实现的忆阻器混沌电路[J]. 李志军,曾以成,李志斌. 物理学报. 2014(01)
[9]荷控忆阻器等效电路分析模型及其电路特性研究[J]. 胡丰伟,包伯成,武花干,王春丽. 物理学报. 2013(21)
[10]希氏-浦肯野系统电冲动与实验性室性心律失常的关系[J]. 郭成军,吕树铮,王天松. 中国心脏起搏与心电生理杂志. 2004(05)
硕士论文
[1]Hodgkin-Huxley模型的分岔与混沌分析[D]. 车艳秋.天津大学 2005
本文编号：3378371
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