三维Hybrid神经元模型的动力学特性及耦合同步研究
发布时间：2021-11-10 22:23
人和哺乳动物新皮层神经元的活动行为相对来说比较复杂,同时也会受多种离子电流作用影响,由这些电流产生的新皮层神经元表现出丰富的放电活动,对人类大脑新皮层的研究是一个较前沿的课题,有助于未来进一步深入探索人的大脑机制。然而因为神经元膜离子浓度差异会使周围产生电磁场进而反过来影响神经元放电,因此考虑电磁感应效应的相关研究一直是不容忽视的。最后神经元间并不是孤立存在的,处于神经系统中的神经元通过不同耦合方式互相联系形成巨大网络系统,最终调节人正常生理活动。耦合神经系统的同步行为将有助于为许多神经性疾病的治愈提供一些可能性的参考与指导。因此研究耦合神经元模型的神经元同步动力学问题是一个有意义的研究课题,可能为以后医学上的发展上提供一定的推动力功能,为一些医学难题提供一种可能的参考价值。本文采用的是三维Hybrid神经元模型,该模型是在四维新皮层Wilson神经元模型所构建的二维快子系统和根据HindMarsh-Rose神经元模型的一维慢子系统构成的计算效率非常高的的三维数学模型,并且符合一定的生物物理特性,同时在适当参数变量下该类神经元模型能呈现出神经元不同放电活动。本论文基于三维Hybrid神...
【文章来源】：华中师范大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．?１神经元基本结构［６１］
４?￥贞士学位论文??ＭＡＳＴＥＲ?ＤＩＳＳＥＲＴＡＴＩＯＮ??２．１．３神经元的动作电位的产生机制??神经细胞细胞膜内外离子浓度分布具有很大的差异，细胞膜里面的钠离子分布??较少，而钾离子的数量较多，另外还有部分阴离子，而细胞膜外面主要分布为钠离??子，而钾离子数量较少，并有氯离子为主的阴离子。??如下图２．２所示，神经细胞始终保持在稳态的条件是不接受任何外界刺激作用，??一旦施加外界刺激这种稳态将被打破，从而开始呈现振动激发态。基于离子浓度分??析在静息状态时的神经细胞，钾离子的行为活动不被约束，膜内由于钾离子浓度较??高会导致相当部分的钾离子运输到细胞膜外部，导致膜内留下较多负离子使得内外??离子浓度存在差异，从而导致电位之间出现差值。当这种电位差达到一定程度，从??而导致钾离子无法向外运输，因此神经元系统内部达到一种近似平衡的状态，细胞??膜里面由于存在较多阴负离子使得内外电势差为负值，范围大致在－９０ｍｖ到－６０ｍｖ，??我们把处于这个范围内的稳定的极化态的电位为静息电位。这个时候如果对神经元??施加适当的外界刺激的话，膜内电位经历去极化过程，电势急剧上升至峰电位，此??时的电势差称作为动作电位（ａｃｔｉｏｎｐｏｔｅｎｔｉａｌ），这个值的范围大概在３０ｍｖ到６０ｍｖ。??去极化过程的主要原理是细胞膜外面的高浓度钠离子流入细胞膜内部，最终使得细??胞膜外面的电势差减小，相反细胞膜内部的电势差升高，也就是说细胞膜内外之间??电势的差值降低，从而发生神经元峰放电。紧接着细胞膜对钠离子选择通过性降低，??钾离子通道被活化，细胞膜允许钾离子自由进出，从而使得膜里面的钾离子大量扩??散到神经元细胞膜外面，造成了神经元电
融学位论文??ＭＡＳＴＥＲ?ＤＩＳＳＥＲＴＡＴＩＯＮ??）Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ?ｓｙｎａｐｓｅ??ｍ：｛??＿?ｐｏｌｅｍｉｃｓ??，Ｃａｐ?ｊｕｒｔｃｔｉｏｆ＾?＊?、??ｃｈａｎｎｅｌ?－?？??、、一卜?ｇｕ??ｒ￣￣￣??＇、＇、??入（：．．?Ｃｏｕｐ！ｉｎｔｉ??｜?上—｛??图２．３电突触示意图［６３］。??构建电突触的模型表示为：／ｅ；ｅ?＝?Ｇｅ；ｅ〇Ｖｅ（ｔ?－?ｔ）?—?ｌ／ｐｃｓｔ；），其中，Ｇｅ／ｅ代表的??是电突触耦合类型的神经元的强度值，Ｆｐｎ？代表的是神经元突触前膜的电位差值，ｒ??代表的是信息传递过程中固有的时滞，代表的是神经元突触后膜的电位差值。??另一种突触传递是化学传递，它是最常见的一种形式，见图２．４，比较来说，??化学突触在传递上比电突触具有更大的可塑性质。化学突触特点主要体现在突触前??端部神经末梢部位分泌出一种传递物质，这种特殊的物质会对突触后膜的离子通透??性产生影响，引起神经元上发生突触后电位。这类化学传递方式主要发生在突触间??隙之间。突触前后细胞膜之间相距约２０ｎｍ（纳米），其间有很多附着的粘多糖，这是??一种可以把突触前后膜粘在一起的物质。突触前端部神经末梢部位分泌出大量的传??递物质，主要原因是数量大概有百千个数量级的突触小泡在起作用。它是附着在前??端末梢上的一种物质，值得一提的是单位突触小泡中所含有的递质分子大概在一万??到五万之间。一方面当神经信息被突触前末梢神经元接收到时，大量钙离子向浓度??较低的细胞膜内流向，也就是说突触前膜经历去极化过程，此时相当数量的突触小??泡出现在神经元的突触前膜上，接触点间互相融合这时伴
【参考文献】：
期刊论文
[1]感应电场作用下神经元模型的放电机制及稳定性分析[J]. 都琳,曹子露,张莹. 机械科学与技术. 2017(02)
[2]神经元模型对比分析[J]. 徐泠风,李传东,陈玲. 物理学报. 2016(24)
[3]HR神经元模型的放电节律分析[J]. 孟盼,董健卫. 广东药学院学报. 2016(01)
[4]经颅磁刺激感应外电场作用下最小神经元模型放电起始动态机理分析[J]. 金淇涛,王江,伊国胜,李会艳,邓斌,魏熙乐,车艳秋. 物理学报. 2012(11)
[5]交流外电场下映射神经元放电节律的分析[J]. 于海涛,王江,邓斌,魏熙乐. 生物物理学报. 2010(10)
[6]生物神经网络系统动力学与功能研究[J]. 陆启韶,刘深泉,刘锋,王青云,侯中怀,郑艳红. 力学进展. 2008(06)
[7]时滞援助的两抑制性突触耦合的Chay神经元的同步（英文）[J]. 王青云,陆启韶,郑艳红. 生物物理学报. 2005(06)
[8]膜电位复极化的机制有别于静息电位的产生和维持[J]. 徐兆麟. 生物学通报. 2005(06)
[9]电突触耦合Chay神经元同步振荡的研究[J]. 葛曼玲,郭鸿涌,王广健,颜威利. 生物物理学报. 2003(02)
硕士论文
[1]神经元兴奋模式动力学机制研究[D]. 王玉祥.河北工业大学 2012
本文编号：3488053
【文章来源】：华中师范大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．?１神经元基本结构［６１］
４?￥贞士学位论文??ＭＡＳＴＥＲ?ＤＩＳＳＥＲＴＡＴＩＯＮ??２．１．３神经元的动作电位的产生机制??神经细胞细胞膜内外离子浓度分布具有很大的差异，细胞膜里面的钠离子分布??较少，而钾离子的数量较多，另外还有部分阴离子，而细胞膜外面主要分布为钠离??子，而钾离子数量较少，并有氯离子为主的阴离子。??如下图２．２所示，神经细胞始终保持在稳态的条件是不接受任何外界刺激作用，??一旦施加外界刺激这种稳态将被打破，从而开始呈现振动激发态。基于离子浓度分??析在静息状态时的神经细胞，钾离子的行为活动不被约束，膜内由于钾离子浓度较??高会导致相当部分的钾离子运输到细胞膜外部，导致膜内留下较多负离子使得内外??离子浓度存在差异，从而导致电位之间出现差值。当这种电位差达到一定程度，从??而导致钾离子无法向外运输，因此神经元系统内部达到一种近似平衡的状态，细胞??膜里面由于存在较多阴负离子使得内外电势差为负值，范围大致在－９０ｍｖ到－６０ｍｖ，??我们把处于这个范围内的稳定的极化态的电位为静息电位。这个时候如果对神经元??施加适当的外界刺激的话，膜内电位经历去极化过程，电势急剧上升至峰电位，此??时的电势差称作为动作电位（ａｃｔｉｏｎｐｏｔｅｎｔｉａｌ），这个值的范围大概在３０ｍｖ到６０ｍｖ。??去极化过程的主要原理是细胞膜外面的高浓度钠离子流入细胞膜内部，最终使得细??胞膜外面的电势差减小，相反细胞膜内部的电势差升高，也就是说细胞膜内外之间??电势的差值降低，从而发生神经元峰放电。紧接着细胞膜对钠离子选择通过性降低，??钾离子通道被活化，细胞膜允许钾离子自由进出，从而使得膜里面的钾离子大量扩??散到神经元细胞膜外面，造成了神经元电
融学位论文??ＭＡＳＴＥＲ?ＤＩＳＳＥＲＴＡＴＩＯＮ??）Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ?ｓｙｎａｐｓｅ??ｍ：｛??＿?ｐｏｌｅｍｉｃｓ??，Ｃａｐ?ｊｕｒｔｃｔｉｏｆ＾?＊?、??ｃｈａｎｎｅｌ?－?？??、、一卜?ｇｕ??ｒ￣￣￣??＇、＇、??入（：．．?Ｃｏｕｐ！ｉｎｔｉ??｜?上—｛??图２．３电突触示意图［６３］。??构建电突触的模型表示为：／ｅ；ｅ?＝?Ｇｅ；ｅ〇Ｖｅ（ｔ?－?ｔ）?—?ｌ／ｐｃｓｔ；），其中，Ｇｅ／ｅ代表的??是电突触耦合类型的神经元的强度值，Ｆｐｎ？代表的是神经元突触前膜的电位差值，ｒ??代表的是信息传递过程中固有的时滞，代表的是神经元突触后膜的电位差值。??另一种突触传递是化学传递，它是最常见的一种形式，见图２．４，比较来说，??化学突触在传递上比电突触具有更大的可塑性质。化学突触特点主要体现在突触前??端部神经末梢部位分泌出一种传递物质，这种特殊的物质会对突触后膜的离子通透??性产生影响，引起神经元上发生突触后电位。这类化学传递方式主要发生在突触间??隙之间。突触前后细胞膜之间相距约２０ｎｍ（纳米），其间有很多附着的粘多糖，这是??一种可以把突触前后膜粘在一起的物质。突触前端部神经末梢部位分泌出大量的传??递物质，主要原因是数量大概有百千个数量级的突触小泡在起作用。它是附着在前??端末梢上的一种物质，值得一提的是单位突触小泡中所含有的递质分子大概在一万??到五万之间。一方面当神经信息被突触前末梢神经元接收到时，大量钙离子向浓度??较低的细胞膜内流向，也就是说突触前膜经历去极化过程，此时相当数量的突触小??泡出现在神经元的突触前膜上，接触点间互相融合这时伴
【参考文献】：
期刊论文
[1]感应电场作用下神经元模型的放电机制及稳定性分析[J]. 都琳,曹子露,张莹. 机械科学与技术. 2017(02)
[2]神经元模型对比分析[J]. 徐泠风,李传东,陈玲. 物理学报. 2016(24)
[3]HR神经元模型的放电节律分析[J]. 孟盼,董健卫. 广东药学院学报. 2016(01)
[4]经颅磁刺激感应外电场作用下最小神经元模型放电起始动态机理分析[J]. 金淇涛,王江,伊国胜,李会艳,邓斌,魏熙乐,车艳秋. 物理学报. 2012(11)
[5]交流外电场下映射神经元放电节律的分析[J]. 于海涛,王江,邓斌,魏熙乐. 生物物理学报. 2010(10)
[6]生物神经网络系统动力学与功能研究[J]. 陆启韶,刘深泉,刘锋,王青云,侯中怀,郑艳红. 力学进展. 2008(06)
[7]时滞援助的两抑制性突触耦合的Chay神经元的同步（英文）[J]. 王青云,陆启韶,郑艳红. 生物物理学报. 2005(06)
[8]膜电位复极化的机制有别于静息电位的产生和维持[J]. 徐兆麟. 生物学通报. 2005(06)
[9]电突触耦合Chay神经元同步振荡的研究[J]. 葛曼玲,郭鸿涌,王广健,颜威利. 生物物理学报. 2003(02)
硕士论文
[1]神经元兴奋模式动力学机制研究[D]. 王玉祥.河北工业大学 2012
本文编号：3488053
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