电磁辐射下脑电和心电的电活动研究

发布时间：2020-08-12 12:26

【摘要】：本文主要以生物物理的角度研究神经系统和心肌组织的电活动行为。而其行为呈现丰富的非线性特质。有必要借助非线性动力学和统计物理方法,研究电磁激励下神经系统和心肌组织的动力学行为,对于复杂动力学生物系统及功能有重要的理论指导意义。具体内容和结果如下:(1)由神经元构成神经系统群体在电磁辐射下同步行为的研究。基于一个考虑电磁感应效应的Hindmarsh-Rose神经元耦合模型,采用数值模拟和统计分析的方法研究耦合神经元和网络中引入外界电磁辐射下同步的问题。模拟结果发现:同步行为依赖于耦合强度和电磁辐射;合适的电磁辐射可以有效地实现节律同步。结果提示了电磁辐射对神经系统同步行为(信息处理)有调控作用。(2)心肌组织中引入时变电磁场的时空动力学研究。基于原始的Fitzhugh-Nagumo模型,采用数值模拟和斑图的方法研究心肌组织的时空动力学问题。结果发现,在电磁感应下,楔子状初始态可以诱发和形成稳定螺旋波。接着,引入外界电磁辐射,在心肌组织中发现螺旋波的断裂,并呈现湍流态。结果有助于理解心脏在强电磁辐射下突然心率紊乱等问题。(3)具有电磁感应神经系统在相位噪声作用下膜电位的相干共振研究。基于原始的Hodgkin-Huxley神经元模型,引入磁通量描述电磁感应效应,使用具有记忆效应和非线性特征的忆导实现膜电位与磁通量之间的耦合,采用数值模拟和统计分析的方法研究神经元膜电位的动力学响应和相变等问题,结果发现膜电位的信噪比图谱呈现双峰相干共振现象,不同于一般状态下的一次共振,这就提示了神经系统有两次达到信息最大或最优的机会。(4)具有电磁感应的可激发介质在电磁辐射下波传导的研究。基于可激发介质的心肌组织模型,采用数值模拟和斑图的方法研究时空动力学行为。结果发现:引入局部周期刺激,可以引起持续的靶波;再引入电磁辐射,稳定的靶波破裂演化成螺旋波。结果将有助于解释持续电磁场作用下的心脏病变的潜在机理。通过上述的讨论,电磁感应下的神经元和心肌组织模型不仅继承原有的动力学机制,而且丰富了更为实际的生物物理电活动。有助于我们进一步认知和研究大脑和心脏。
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：R318.04
【图文】：

示意图,神经元结构,示意图

色[2]。而电活动行为包含了大量、丰富的信经元和心肌组织的结构、表述模型等方面进心肌组织的概述功能的基本单位是神经元[3]，它由输入信号以及编码之后信号传输的轴突组成。通常情中，细胞的突起延申到身体各个部位的器官理的功能。模拟神经元输入的前端部位——类似于树枝状，不断从根部分化，再分化成位，等待接受信息的输入。然而，输出部位，表面光滑，分支较少，与其它神经元保持值得一提的是，相互神经元之间接触的结构，它主要有两种传递形式：其一是化学突触细胞，虽然本身不能直接参与放电，但对神而且具有大量的数量存在于大脑细胞中。神 1.1 所示：

初始值,电磁辐射,随机数,磁通

硕士学位论文 NiiiixNFxxF12221;i 表示链式网络上的节点位置，N 是网络节点个数，符号算。同步因子 R->1 表示网络中的行为接近完美同步，而步，紊乱。对此，更小的同步因子有利于形成规则的时效应的忆导，有它参与的电路非常敏感于磁通量初始值量初始值计算最大李雅普洛夫指数的分布。参 .0,d=5.0,r=0.006,s=4.0,Iext=1.71,k=0.9,k1=0.4，k2=0李雅普洛夫指数，为了简化，变量 x,y,z 的初始值选择以，计算的李雅普洛夫指数分布如图 2.1.

误差函数分布,电磁辐射,外界,初始值

硕士学位论文而其它初始值不同如（0.3，0.1，0.2，0.0），（0.1，0.2，0.3，0.0择的结果可以消除因磁通量初始值多变而影响的效果。通过计算误差函两个神经元之间的同步尺度，其函数定义如下：() ().(,,,)() ()() ()() ()tteeeextxtytytztztxyz (2.6先，我们研究缺少神经元相互耦合强度而通过外界电磁辐射强度下驱动元之间的集体行为。外界刺激电流选择为 1.71，当外界电磁辐射应用不，计算没有双向耦合的两个神经元的膜电位输出，结果如图 2.2 所示：

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