基于光遗传学方法的癫痫疾病的闭环控制研究

发布时间：2017-06-13 20:10

  本文关键词：基于光遗传学方法的癫痫疾病的闭环控制研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：癫痫(epilepsy)是最常见的神经系统紊乱疾病之一,全世界有超过五千万的癫痫患者,其中90%以上在发展中国家。癫痫以其发作的突然性和反复性为主要特点。发作时可能出现的全身痉挛、意识丧失等症状比其他疾病更严重可怕。癫痫发作的控制问题是癫痫研究的基本问题,然而对于难治性癫痫,目前并没有切实有效的控制手段,这就迫切需要研究其发作机理和有效治疗手段。本文结合计算神经元模型和光遗传控制理论,提出一种闭环光遗传控制癫痫的思路,实现癫痫的闭环控制。首先采用Wilson-Cowan神经元集群模型模拟局灶性癫痫发作系统,研究了单个Wilson-Cowan模型(称为柱模型)的动态特性,分析了外部输入对模型放电率的影响。当放电率随时间的变化呈现振荡时,对应神经元集群处于癫痫状态;放电率呈现稳定状态时,对应神经元集群处于静息状态;然后,建立了两柱、n柱Wilson-Cowan神经元集群网络模型,分析了柱模型间耦合强度对网络模型放电率的影响;接着,将四状态的ChR2光遗传学模型耦合到上述模型,分析了辐照度等对上述模型系统动态的规律,给出了光刺激开环控制癫痫发作的结果;最后,提出了基于比例控制调节光刺激辐照度脉冲频率或幅值的闭环控制方案,结果显示闭环控制比开环控制更有利于有效的抑制癫痫发作,且所需能量较小。本文通过模型分析,研究了神经元集群模型的放电特性、光遗传通道特性和癫痫的闭环控制策略。仿真结果证明了所提方案的有效性,并为外部刺激在癫痫疾病的治疗提供了理论指导。
【关键词】：癫痫 Wilson-Cowan模型 光遗传学 闭环控制
【学位授予单位】：天津职业技术师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R742.1
【目录】：

• 中文摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-12
• 1.1 引言8-9
• 1.2 研究背景9-10
• 1.2.1 癫痫概述9
• 1.2.2 癫痫治疗方案研究现状9-10
• 1.3 研究思路10
• 1.4 主要贡献10-11
• 1.5 内容安排11-12
• 第2章 文献综述12-18
• 2.1 神经元与神经元模型12-14
• 2.1.1 神经元以及动作电位12-13
• 2.1.2 神经元模型13-14
• 2.2 癫痫样活动的计算模型14-15
• 2.3 光遗传学技术15-16
• 2.4 癫痫的控制策略16-18
• 第3章 Wilson-Cowan模型18-35
• 3.1 引言18-19
• 3.2 Wilson-Cowan模型基础19-22
• 3.3 单个Wilson-Cowan模型及仿真22-26
• 3.4 Wilson-Cowan网络模型26-34
• 3.4.1 两柱Wilson-Cowan模型26-31
• 3.4.2 链式Wilson-Cowan模型31-34
• 3.5 本章小结34-35
• 第4章 光遗传学技术35-46
• 4.1 引言35
• 4.2 光遗传学技术35-38
• 4.2.1 神经元激活35-36
• 4.2.2 神经元抑制36
• 4.2.3 癫痫治疗的光遗传学控制策略36-37
• 4.2.4 光遗传技术是多技术的交叉37-38
• 4.3 光遗传通道模型38-44
• 4.4 本章小结44-46
• 第5章 癫痫疾病的控制46-60
• 5.1 引言46
• 5.2 基于光遗传学的Wilson-Cowan模型开环控制46-52
• 5.2.1 单个Wilson-Cowan模型开环控制47-49
• 5.2.2 两柱Wilson-Cowan模型开环控制49-51
• 5.2.3 链式Wilson-Cowan模型开环控制51-52
• 5.3 基于电反馈和光遗传学的两柱Wilson-Cowan模型闭环控制52-59
• 5.3.1 基于比例电反馈的Wilson-Cowan模型闭环控制52-55
• 5.3.2 基于比例光遗传反馈的Wilson-Cowan模型闭环控制55-59
• 5.4 本章小结59-60
• 第6章 总结与展望60-62
• 6.1 工作总结60
• 6.2 工作展望60-62
• 参考文献62-67
• 致谢67-68
• 申请学位期间发表的论文及参与科研情况68

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1 刘备;基于光遗传学方法的癫痫疾病的闭环控制研究[D];天津职业技术师范大学;2016年

  本文关键词：基于光遗传学方法的癫痫疾病的闭环控制研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：447495