两层耦合可激发介质中螺旋波的同步及斑图形成

发布时间：2017-04-04 23:12

  本文关键词：两层耦合可激发介质中螺旋波的同步及斑图形成，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：螺旋波是非线性反应扩散系统中最常见的一种斑图.在一些物理系统、化学反应系统、生物系统(如心肌组织、蛙卵母细胞、大脑新皮层)等许多系统中都观察到螺旋波.研究发现：在新(大脑)皮层中出现螺旋波可以组织和调节皮层中神经元的集体活动,既可以影响正常皮层的工作,还会导致只有在癫痫下才出现的那种病理性活动斑图.心脏组织出现螺旋波电信号会导致心动过速,螺旋波破碎形成时空混沌将导致心脏从心动过速到心颤的转变.目前,人们在实验上和理论上对各种反应扩散系统中的螺旋波动力学进行了广泛的研究,并取得了大量的研究成果,对心脏中出现螺旋波的危害也有了深刻的认识,并提出了许多控制螺旋波的方法.众所周知,脑神经网络具有小世界的特点,并且存在中心神经元(与众多神经元有耦合的神经元).神经之间的耦合既可以是兴奋性耦合也可以是抑制性耦合,兴奋性和抑制性耦合都可以促进神经元的同步.但是目前对可激发系统中斑图形成的研究几乎没有考虑具有中心节点的网络耦合以及抑制性耦合.心脏是一种可激发系统,心脏由各种类型的细胞组成,主要是心肌细胞和成纤维细胞,一个心肌细胞可与多个心肌细胞和成纤维细胞有电耦合,心肌细胞与成纤维细胞耦合既可以是抑制性的,也可以是兴奋的,而且细胞之间的耦合形成复杂的网络结构,因此在心肌组织中也可能存在中心细胞,所以有必要将螺旋波动力学研究从均匀的反应扩散系统拓展到具有复杂结构的系统.在本论文中,我们采用了Bar-Eiswirth模型,研究了通过局域平均场耦合以及抑制性和兴奋性非对称耦合的两层可激发介质中螺旋波的动力学行为.本文的内容安排如下：第一章和第二章是本文的综述,第一章介绍了两类反应扩散系统,即振荡和可激发系统,重点介绍了几个可激发介质模型.第二章介绍了几种螺旋波、螺旋波的形成与破碎以及螺旋波的同步与控制.第三章研究了两层耦合可激发介质中螺旋波的动力学,两层介质通过网络连接,即在每一层介质上,每一列选一个可激发单元作为中心点,在一层介质上同一列的可激发单元只与另一层介质上对应的中心点及其8个邻居有耦合,数值模拟结果表示：通过局部耦合,在适当小的耦合强度下两耦合螺旋波可实现同步,增大耦合强度会导致螺旋波漫游和漂移,造成螺旋波不同步,观察到螺旋波与静息态、低频平面波和不规则斑图共存现象.在适当强的耦合强度下,还观察到两螺旋波转变成同步的平面波消失现象.第四章研究了抑制性和兴奋性非对称耦合对两层可激发介质中螺旋波的影响.数值模拟结果表示：兴奋性非对称耦合可以促进两个不同频率的螺旋波锁频,即使初始频率相差大,两螺旋波也能实现锁频；当耦合强度和控制参数适当选取时,抑制性和兴奋性非对称耦合既可以使其中一层介质维持螺旋波态,使另一层介质中的螺旋波演化到静息态或低频靶波态,也可以使两层介质中的螺旋波都漫游,或都转变成靶波,最后这两个靶波要么消失,要么转变成平面波状的振荡斑图,而且两层介质振荡是反相的,此外在模拟中还观察到两螺旋波局部间歇锁频现象.第五章是对我们研究结果的总结和展望.
【关键词】：可激发介质 螺旋波 耦合 同步 锁频
【学位授予单位】：广西师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R338
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 前言9-10
• 第一章 螺旋波与反应扩散系统10-17
• 1.1 振荡介质系统10-11
• 1.2 可激发介质系统11-17
• 1.2.1 Oregonator模型12-13
• 1.2.2 FitzHugh-Nagumo(FHN)模型13
• 1.2.3 Barkley模型13
• 1.2.4 Bar-Eiswirth模型13-17
• 第二章 螺旋波斑图及其动力学17-27
• 2.1 螺旋波产生及其动力学17-18
• 2.2 螺旋波的几种形式18-21
• 2.2.1 反螺旋波18-19
• 2.2.2 超螺旋波19-20
• 2.2.3 多臂螺旋波20
• 2.2.4 分段螺旋波20-21
• 2.3 螺旋波的破碎21-22
• 2.4 螺旋波的控制22-24
• 2.5 耦合介质中的螺旋波动力学及同步24-27
• 第三章 两层耦合可激发介质中螺旋波转变为平面波27-36
• 3.1 引言27
• 3.2 模型27-28
• 3.3 数值模拟结果28-35
• 3.4 结论35-36
• 第四章 两层可激发介质中非对称耦合对螺旋波的影响36-45
• 4.1 引言36
• 4.2 模型36-37
• 4.3 数值模拟结果37-44
• 4.4 结论44-45
• 第五章 总结与展望45-46
• 参考文献46-52
• 读研期间发表的论文52-53
• 致谢53-54

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前9条

1 钱郁;;时空调制对可激发介质螺旋波波头动力学行为影响及控制研究[J];物理学报;2012年15期

2 邓敏艺;唐国宁;孔令江;刘慕仁;;激发介质中螺旋波失稳的微观机理研究[J];物理学报;2010年04期

3 刘海英;杨翠云;唐国宁;;心脏老化和收缩对螺旋波动力学的影响研究[J];物理学报;2013年01期

4 李莉;刘力;张广才;王光瑞;曲直;;二维心肌可激媒质激发波的有效控制[J];生物医学工程学杂志;2005年06期

5 刘丽;李莉;张广才;王光瑞;曲直;;心脏螺旋波演化与驱动的计算机实验[J];生物医学工程学杂志;2007年03期

6 何东影;沙宪政;李莉;;心肌固有电生理异质性对螺旋波稳定性影响的模拟研究[J];中国医科大学学报;2010年11期

7 胡颖;;不均匀介质中负回归曲线对螺旋波的影响[J];淮阴师范学院学报(自然科学版);2007年02期

8 肖向华;唐国宁;;提高钾离子浓度抑制心脏中的螺旋波和时空混沌[J];生物医学工程学杂志;2012年01期

9 ;[J];;年期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 刘力;李莉;张广才;曲直;;在心肌可激媒质中近共振驱动条件下一对螺旋波的控制和消除[A];第九次全国生物物理大会学术会议论文摘要集[C];2002年

2 王光瑞;张广才;刘力;李莉;;二维螺旋波的演化与控制[A];中国工程物理研究院科技年报（2001）[C];2001年

3 唐爱辉;白永强;朱星;王世强;;从钙火花到螺旋波:心肌细胞钙信号微观过程的非线性动力学[A];第十次中国生物物理学术大会论文摘要集[C];2006年

4 刘富成;董丽芳;;介质阻挡放电中螺旋波向靶波的转变[A];中国光学学会2006年学术大会论文摘要集[C];2006年

5 夏广庆;徐宗琦;郝剑昆;王冬雪;薛伟华;;螺旋波等离子体推力器双层加速效应仿真与影响因素研究[A];第十六届全国等离子体科学技术会议暨第一届全国等离子体医学研讨会会议摘要集[C];2013年

6 余虔;张家良;韩先伟;谭畅;魏建国;方吉汉;;螺旋波等离子体中的射频双探针测量方法研究[A];第十六届全国等离子体科学技术会议暨第一届全国等离子体医学研讨会会议摘要集[C];2013年

7 赵高;马超;宋相娟;刘忠伟;陈强;;螺旋波等离子体源诊断及其特性[A];第十六届全国等离子体科学技术会议暨第一届全国等离子体医学研讨会会议摘要集[C];2013年

8 王光瑞;刘力;李莉;张广才;;在可激媒质中一对螺旋波的控制和消除[A];中国工程物理研究院科技年报（2001）[C];2001年

9 袁国勇;何晓燕;杨世平;;强噪声诱发的螺旋波破碎[A];第十一届全国非线性振动学术会议暨第八届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议论文集[C];2007年

10 赵杨;魏建国;谭畅;张志豪;韩先伟;张晰哲;;低气压氩气螺旋波等离子体特性数值仿真研究[A];第十六届全国等离子体科学技术会议暨第一届全国等离子体医学研讨会会议摘要集[C];2013年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 邓斌闻;参数梯度分布介质中螺旋波的研究[D];兰州大学;2009年

2 徐琳;外力驱动下的螺旋波动力学[D];河北师范大学;2010年

3 陆华春;可激发系统中螺旋波动力学行为研究[D];广西师范大学;2009年

4 宋宣玉;缺陷对周期螺旋波动力学行为的影响[D];广西大学;2006年

5 黎广钊;耦合可激发介质中螺旋波动力学行为的研究[D];广西师范大学;2011年

6 冯志成;复杂外力驱动下的螺旋波动力学[D];河北师范大学;2011年

7 许利军;双态噪声、波外力对螺旋波动力学的影响[D];河北师范大学;2012年

8 王晓明;不均匀双层系统的螺旋波动力学及螺旋波的周期脉冲链控制[D];河北师范大学;2012年

9 陈醒基;耦合可激发介质中螺旋波动力学的研究[D];广西师范大学;2013年

10 陈茜琼;传导延迟和细胞老化对螺旋波的影响[D];广西师范大学;2013年

  本文关键词：两层耦合可激发介质中螺旋波的同步及斑图形成，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：286068