外电场作用下神经元动力学分析与同步控制

发布时间：2024-03-31 18:08

　　精神疾病是危害人类健康的主要疾病之一,其主要原因体现在神经元及神经网络放电编码异常,如帕金森症(Parkinson’s disease,PD)发病时主要表现为基底核放电同步异常。精神疾病的治疗通常有药物和物理疗法,在物理疗法中,以外部电刺激为手段的深度脑刺激(Deep Brain Stimulation,DBS)已经成为治疗这类疾病的基本医疗手段之一。DBS的基本原理是通过外部电刺激改变神经网络的状态,其机理尚不完全清楚。目前,DBS的治疗处于开环状态,其治疗效果和能量消耗、参数调整等方面仍不能令人满意。因此采用闭环控制DBS来提高其治疗效果、实现能效优化、参数自动整定是十分必要的。通过研究外部刺激下神经元及其网络的放电模式和特性以及神经元网络的同步控制,能够揭示DBS的作用原理,拓展DBS的控制方法,对于研究DBS的机制和提高DBS的治疗水平具有重要意义。 本文首先分析了神经元放电模式研究与DBS治疗疾病研究的现状,在此基础上建立了外电场作用下神经元放电的最小模型,研究了不同频率、不同幅值的外电场对神经元放电模式的影响,得到了外部刺激与放电模式之间的关系。其次,建立了外电场作用下神经...

【文章页数】：149 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图1-1分岔类型

天津大学博士学位论文连续f-I曲线；Ⅱ类神经元，只有当刺激达到某一强度时，会以某最小，放电频率对电流不敏感，对应一条不连续的曲线；Ⅲ类神经元，反复的尖峰放电，曲线没有定义，其动作电位只在很强的电流下产不产生。这个分类方法主要关注的是神经元对无波动的输入如何反应，经元动力....

图1-2曲线

敏感性在整个神经元的动力学范围内变化。通过对几种常见神经元模型进行刺激实验发现[103-107]，没有一个神经元模型对基电流之上的刺激波动产生类似于体外神经元的放电敏感性，如图1-2所示，大多数体外神经元比神经元模型的放电敏感性强[108-111]，一般神经元模型均不表现出敏....

图2-1I类兴奋性施加电场后相平面

18（e）图2-1I类兴奋性施加电场后相平面.2.1.2II类兴奋性最小模型施加外电场的动力学分析1）令13mVw。当外加直流电场为正值时，会发现神经元由II类兴转化为III类兴奋性。此处施加的外电场10mVeV，取不同刺激电流绘制相图。如图....

图2-2II类兴奋性10mVeV时相平面图

图2-2II类兴奋性10mVeV时相平面图在刺激电流2I69A/cm之前，V零线和w零激只是移动了稳定固定点的位置，而没有发生固，即III类神经元兴奋性。在刺激电流I69交于V的零线局部最小值处，产生Hopf分岔，出了实际神经元能....

本文编号：3944314