可興奮神經(jīng)系統(tǒng)的同步及其應用.pdf

1、腦電活動的節(jié)律現(xiàn)象可在耦合振子的框架下得到理解，這個形式為神經(jīng)元系統(tǒng)中觀察到的大量的同步化現(xiàn)象與相關行為提供了解釋。在生命系統(tǒng)中，同步化常常是正常功能所必需的，如大腦不同區(qū)域間建立通訊，而反常同步化可以導致嚴重的無序，如癲癇和帕金森等退行性神經(jīng)系統(tǒng)疾病，癲癇發(fā)作的重要特征是可興奮神經(jīng)元的同步振蕩。對可興奮神經(jīng)元網(wǎng)絡的同步振蕩問題的研究是論文的主要內(nèi)容。非線性和復雜性的方法是論文的主要手段。該研究有利于認識神經(jīng)元耦合網(wǎng)絡的復雜動力學行為，

2、為探索諸如癲癇發(fā)作等異常神經(jīng)電活動的機理提供依據(jù)。論文的主要工作是： 一、多層全局耦合及小世界McCulloch-Pitts神經(jīng)網(wǎng)絡的同步及耦合參數(shù)。 通過對多層全局耦合及小世界McCulloch-Pitts神經(jīng)網(wǎng)絡同步及耦合參數(shù)的研究，我們推廣了文獻中報道的兩層McCulloch-Pitts神經(jīng)網(wǎng)絡的研究結(jié)果，得到了多層網(wǎng)絡中臨界耦合強度對網(wǎng)絡尺度的倒數(shù)之間呈指數(shù)下降的定性關系；隨著網(wǎng)絡尺度的增加，實現(xiàn)同步更困難，需要

3、更大的耦合強度。臨界耦合強度和連接度之間的定性關系接近于S型曲線，隨著連接度的增大，臨界耦合強度也越大。臨界耦合強度隨神經(jīng)元子網(wǎng)絡數(shù)的增大而呈現(xiàn)振蕩現(xiàn)象。此外，還得到了多層全局耦合McCulloch-Pitts神經(jīng)網(wǎng)絡在參數(shù)平面(N，K)上的同步圖。 二、可興奮神經(jīng)網(wǎng)絡的去同步以及脈沖刺激參數(shù)的影響。 通過對小世界和全局耦合HR、HH神經(jīng)元網(wǎng)絡的模擬研究，發(fā)現(xiàn)當一部分神經(jīng)元(10％)被脈沖電流信號刺激時，處于同步念的網(wǎng)絡

4、可以演化為去同步狀態(tài)。脈沖刺激頻率越高，去同步程度越大，脈沖刺激強度越大，去同步程度也越大，表明，網(wǎng)絡去同步對脈沖刺激強度和刺激頻率極為敏感，這與迷走神經(jīng)刺激術治療難治性癲癇的臨床試驗結(jié)論一致。在同樣脈沖刺激強度下，耦合強度小的網(wǎng)絡，其去同步程度更明顯。當其它參數(shù)不變時，存在最佳脈沖連續(xù)刺激時間和最佳脈沖刺激間隔。 上述研究，對于探索迷走神經(jīng)刺激術治療難治性癲癇的理論解釋以及迷走神經(jīng)刺激術治療難治性癲癇治療過程中刺激參數(shù)的選擇具