收藏本站
《天津大学》 2011年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

外电场作用下神经元动力学分析与同步控制

刘玉亮  
【摘要】: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元放电敏感性的简化模型,分析了不同频率、不同幅值的交变信号及噪声与神经元放电之间的关系,证明了神经元对幅值、频率及噪声的敏感特性。第三,分析了不同幅值与不同相位的高频扰动对神经元响应的影响─振动共振,得到一个高频扰动幅值的最优值,在该最优值下神经元对外部低频信号输入的响应最强;研究了化学突触与电突触耦合的神经元对外部低频信号的响应情况,发现当神经系统受到局部刺激时,化学突触对神经信息的传递比电突触更有效率。最后,针对开环DBS现状,将非线性控制理论应用到神经元网络同步和去同步控制,以实现闭环控制。为抑制干扰,提出自适应内模控制神经元网络混沌同步,使神经元达到期望的同步特性;提出利用人工神经网络逼近HH模型,利用H?抑制逼近误差和外部干扰的方法,实现了HH模型的同步控制;引入HH模型离子通道的随机噪声,利用模糊自适应控制实现了在随机噪声作用下HH模型的同步控制;提出采用自适应神经网络H?控制,实现了两个ML神经元模型的同步控制;用ML神经元模型网络模拟神经疾病的同步状态,采用本文提出的控制方法实现了该网络的去同步控制,模拟了DBS闭环控制,通过仿真证明了所提控制算法的有效性。 本文的研究成果可为DBS治疗精神疾病提供理论基础,并可望应用到临床DBS的闭环控制。
【学位授予单位】:天津大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:R318.01

知网文化
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王青云;陆启韶;;兴奋性化学突触耦合的神经元的同步[J];动力学与控制学报;2008年01期
2 郑艳红;陆启韶;;时滞影响下的环式耦合混沌神经元同步[J];动力学与控制学报;2008年03期
3 张慧敏;杨明浩;化存才;古华光;任维;;鞍-结分岔点附近的神经自发放电节律和随机自共振[J];动力学与控制学报;2008年04期
4 张艳娇;李美生;陆启韶;;ML神经元的放电模式及时滞对神经元同步的影响[J];动力学与控制学报;2009年01期
5 古华光,任维;感觉神经放电中的随机共振现象和噪声的作用[J];生理科学进展;2004年04期
6 刘志强,古华光,杨明浩,李莉,刘红菊,范少光,任维;心肌细胞团搏动整数倍节律的非线性动力学机制[J];生物物理学报;2004年05期
7 杨明浩,古华光,李莉,刘志强,任维;神经放电加周期分岔中由随机自共振引起一类新节律[J];生物物理学报;2004年06期
8 吴,徐健学,何岱海,靳伍银;两个非耦合Hindmarsh-Rose神经元同步的非线性特征研究[J];物理学报;2005年07期
9 吴,徐健学,靳伍银;参数驱动实现两个非耦合神经元完全同步与相位同步[J];西安交通大学学报;2005年05期
10 林敏;黄咏梅;;双稳系统的振动共振及特性分析[J];振动与冲击;2007年12期
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 陈良泉;Hodgkin-Huxley模型的分岔分析与控制[D];天津大学;2006年
2 张镇;Ghostburster模型的混沌分析与控制[D];天津大学;2007年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 ;Dynamics of firing patterns,synchronization and resonances in neuronal electrical activities:experiments and analysis[J];Acta Mechanica Sinica;2008年06期
2 ;Stochastic resonance in coupled weakly-damped bistable oscillators subjected to additive and multiplicative noises[J];Acta Mechanica Sinica;2012年02期
3 马垣;关于Feigenbaum图中的暗线[J];鞍山师范学院学报;2003年06期
4 王宝华,杨成梧,张强;两个非线性系统Hopf分岔的状态反馈控制[J];兵工学报;2004年05期
5 化存才,陆启韶,王琪;一维向量场含时变参数的非完全分岔[J];北京航空航天大学学报;2000年03期
6 郑改华,梅凤翔;一类神经元模型的Hopf分岔[J];北京理工大学学报;2002年05期
7 吴惠彬;马立娟;;可兴奋神经元的非线性动力学性质[J];北京理工大学学报;2006年01期
8 毕毅,杜度,张纬康;单点系泊系统的静态分岔特性研究[J];船舶力学;2003年02期
9 杜度,张纬康,毕毅,王波;单点系泊船舶非线性动力学特性的试验研究[J];船舶力学;2005年02期
10 肖翠娥;一单参数动力系统的通有霍普夫动态分岔[J];常德师范学院学报(自然科学版);2000年01期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 王如彬;张志康;屈景怡;曹建庭;;脑信号动力学传输中的相同步运动和神经编码[A];第十三届全国非线性振动暨第十届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议摘要集[C];2011年
2 谢小峰;刘深泉;潘雪苗;汪雷;;帕金森病模型的数值分析[A];第十三届全国非线性振动暨第十届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议摘要集[C];2011年
3 冯晶晶;张琪昌;王炜;;二维非线性振动系统同异宿轨道的类Pade逼近方法[A];第十三届全国非线性振动暨第十届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议摘要集[C];2011年
4 ;Fire Patterns of HH Neuron under External Sinusoidal ELF Stimulus[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
5 ;Particle Swarm Optimization of Periodic Deep Brain Stimulation Waveforms[A];中国自动化学会控制理论专业委员会A卷[C];2011年
6 金淇涛;王江;贾秋菊;邓斌;魏熙乐;车艳秋;;神经元放电适应性的放电起始动态机制研究[A];中国自动化学会控制理论专业委员会B卷[C];2011年
7 ;Nonlinear Delayed Feedback Control for Effective Desynchronization of Small-world Neural Networks[A];中国自动化学会控制理论专业委员会B卷[C];2011年
8 ;Bifurcation Analysis of a Minimal Neuron to ELF AC Electric Field[A];中国自动化学会控制理论专业委员会B卷[C];2011年
9 ;Analysis of Electric Field Effect on the Excitability of Minimum Neuron Model[A];中国自动化学会控制理论专业委员会C卷[C];2011年
10 刘红菊;刘志强;古华光;杨明浩;李莉;任维;;心肌单细胞兴奋节律和节律分岔规律[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
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 董涛;生物基因调控系统和钙离子振荡体系的动力学行为研究[D];广西师范学院;2010年
2 刘杨;基于混沌映射的分组密码研究[D];华东理工大学;2011年
3 倪春霞;噪声影响下的时延神经元系统的同步动力学[D];福建师范大学;2010年
4 林峰华;机器人控制系统设计及新型声纳原理研究[D];浙江大学;2011年
5 郝舒欣;基于混沌公钥密码的身份认证研究[D];西安电子科技大学;2011年
6 翟德红;耦合神经元的放电行为研究[D];北方工业大学;2011年
7 韩斯成;非线性系统中的分岔问题和中心流形定理[D];吉林大学;2011年
8 徐沙沙;异质产品双寡头模型的动力学行为研究[D];北京交通大学;2011年
9 钟华;动作电位模式分类及神经元模型响应频率同步性研究[D];杭州电子科技大学;2011年
10 陈可;弱信号随机共振检测机制及其在图像增强中的应用研究[D];杭州电子科技大学;2011年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王青云;陆启韶;;兴奋性化学突触耦合的神经元的同步[J];动力学与控制学报;2008年01期
2 焦贤发;王俊琦;王如彬;;突触噪声作用下的IF阈值神经元模型的随机共振[J];动力学与控制学报;2010年03期
3 贾洪军;王江;于海涛;邓斌;魏熙乐;;Courbage神经元映射模型的随机共振研究[J];动力学与控制学报;2011年03期
4 刘秋香;于海涛;王江;;二维映射神经元模型中的振动共振[J];动力学与控制学报;2012年01期
5 党亚瑞;阮炯;;广义Rulkov模型的分支分析[J];复旦学报(自然科学版);2008年02期
6 石霞;;化学突触耦合神经元的簇放电同步[J];力学季刊;2010年01期
7 张良英,曹力,吴大进;具有色关联的色噪声驱动下单模激光线性模型的随机共振[J];物理学报;2003年05期
8 祝恒江,李蓉,温孝东;利用随机共振在强噪声下提取信息信号[J];物理学报;2003年10期
9 康艳梅,徐健学,谢勇;单模非线性光学系统的弛豫速率与随机共振[J];物理学报;2003年11期
10 张广军,徐健学;非线性动力系统分岔点邻域内随机共振的特性[J];物理学报;2005年02期
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 温金鑫;基于映射模型的小世界神经网络同步特性的研究[D];天津大学;2012年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李自双,宋关斌,蔡绍皙,吴云鹏,王毅刚;智能化穴位电阻检测仪的研制及实验研究[J];北京生物医学工程;1996年01期
2 王青云,陆启韶;噪声在慢变系统中的随机Chay神经元模型的自共振[J];动力学与控制学报;2004年03期
3 王青云;陆启韶;;兴奋性化学突触耦合的神经元的同步[J];动力学与控制学报;2008年01期
4 郑艳红;陆启韶;;时滞影响下的环式耦合混沌神经元同步[J];动力学与控制学报;2008年03期
5 王卫,任莉,夏富乐,张德昌;生物电和电刺激在医学中的应用[J];第四军医大学学报;2001年S1期
6 杜艳梅,彭建华,刘延柱;Fitz Hugh-Nagumo神经元网络的同步振荡与联想记忆[J];力学季刊;2005年01期
7 古华光,任维,陆启韶,杨明浩;实验性神经起步点自发放电的分叉和整数倍节律[J];生物物理学报;2001年04期
8 段玉斌,菅忠,胡三觉,龙开平;损伤神经自发放电节律分岔与频率变化的非线性特征[J];生物物理学报;2002年01期
9 古华光,李莉,杨明浩,刘志强,任维;实验性神经起步点产生的整数倍簇放电节律[J];生物物理学报;2003年01期
10 古华光,任维,杨明浩,李莉,刘志强;神经自发整数倍峰放电节律的随机性和确定性模式的比较[J];生物物理学报;2003年03期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 宋杨;李晨辉;宋跃辉;李平;梁淑华;;神经元动力学模型研究[J];硅谷;2008年14期
2 缪剑伟;孙树星;俞修海;;无创检出脉波用以同步控制串联心脏辅助泵[J];中国医疗器械杂志;1985年03期
3 陈晓冬;肖哲;郁道银;;基于FPGA的医用超声内窥镜成像系统的同步控制[J];传感技术学报;2006年03期
4 雷长海;杨勇骥;朱志年;李东方;;基于Windows API调用的远程仪器同步控制方法研究[J];医疗卫生装备;2006年08期
5 欧阳楷,邹睿,刘卫芳;基于生物的神经网络的理论框架──神经元模型[J];北京生物医学工程;1997年02期
6 文治洪,胡三觉,董秀珍,朱俊玲,菅忠,邢俊玲;噪声引起神经元动力学特征的改变[J];第四军医大学学报;2004年10期
7 骆英才,杜霞,万珍明;膏滋的比重、含药量、收得量的同步控制[J];中国中药杂志;1992年10期
8 orpwood D R;秦明新;王守岩;;信号分析与建模——神经元模式处理的计算机模拟[J];国际生物医学工程杂志;1992年06期
9 倪治中;;人工神经网络[J];信息产业报道;1994年04期
10 徐月晋;周凌宏;肖中举;;基于模型的耳蜗核反应特性研究[J];南方医科大学学报;2011年01期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 李燊;肖颖杰;王越;;成像导引头半实物仿真测试系统设计与开发[A];第三届全国信息获取与处理学术会议论文集[C];2005年
2 李晓明;李鹏翔;;基于虚轴法的高速液压同步控制策略研究[A];第五届全国流体传动与控制学术会议暨2008年中国航空学会液压与气动学术会议论文集[C];2008年
3 郑伟;钱晨;王钦若;吴乃优;;基于DeviceNet的车牌生产线同步控制系统设计[A];冶金自动化信息网年会论文集[C];2004年
4 段京东;曾毅;;鞍钢数控横剪生产线的设计[A];全国冶金自动化信息网年会论文集[C];2004年
5 孙东;;多运动轴系统位置同步控制的非建模偶合算法[A];科技、工程与经济社会协调发展——中国科协第五届青年学术年会论文集[C];2004年
6 张桂素;高光煌;单清;钱焕文;刘海峰;周淑英;;一种固体可调谐激光多辐照参量的同步控制及计量方法[A];数学·力学·物理学·高新技术研究进展——2002(9)卷——中国数学力学物理学高新技术交叉研究会第9届学术研讨会论文集[C];2002年
7 芮丰;王金利;邱士浩;罗庆吉;;液压支架试验台升降装置四缸同步系统的研究[A];庆祝中国力学学会成立50周年暨中国力学学会学术大会’2007论文摘要集(上)[C];2007年
8 庞京辉;贾晋文;张涛;廖维张;;液压整体提升技术在北辰区行政中心工程的应用[A];2009年全国建筑钢结构行业大会论文集[C];2009年
9 顾胜超;;宝钢冷轧连续退火机组自动控制技术[A];第十一届全国自动化应用技术学术交流会论文集[C];2006年
10 王铁流;王啸;陈东升;;一种基于变频调速器的分布式群吊控制系统同步方法[A];第三届全国嵌入式技术和信息处理联合学术会议论文集[C];2009年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 盖爽;整提同步控制核心技术国内领先[N];建筑时报;2010年
2 河南 王素军;用电视开关同步控制CATV放大器[N];电子报;2006年
3 本报记者 汤璇 通讯员 罗乐宁;节点形式国内少有 同步控制液压提升[N];广东建设报;2005年
4 李晓文 谢继友;中国石油工程建设协会发布27个二级工法[N];中国石油报;2006年
5 张永法;SINUS PENTA变频器受用户关注[N];中国纺织报;2008年
6 本报记者 谭思敏;五洲龙:春天真的来了[N];机电商报;2009年
7 广州 秦福忠;超级AV功放的组合[N];电子报;2001年
8 赵永杜勇;G网手机:重载组合列车安全卫士[N];人民铁道;2007年
9 四川 贺学金;功放输入选择电路详解之八[N];电子报;2008年
10 张筱茜 李峥;放线,特高压[N];华北电力报;2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 刘玉亮;外电场作用下神经元动力学分析与同步控制[D];天津大学;2011年
2 权建洲;高速工况下H型桁架定位平台的建模与同步控制[D];华中科技大学;2010年
3 刘晓峰;覆带起重机起升系统双马达同步控制技术研究[D];吉林大学;2012年
4 李蔚;重载列车机车无线重联同步控制关键技术研究与应用[D];中南大学;2012年
5 董春芳;导管架调平夹持器齿形爪优化及同步控制技术研究[D];哈尔滨工程大学;2012年
6 孙立新;分布虚拟环境中碰撞响应、分级兴趣管理及同步控制研究[D];西南交通大学;2002年
7 孙克辉;混沌同步控制理论及其在信息加密中的应用研究[D];中南大学;2005年
8 马少华;126kV高压真空断路器永磁操动机构及其同步控制技术的研究[D];沈阳工业大学;2009年
9 卞秋香;几类复杂动力网络的同步控制[D];江苏大学;2011年
10 卢选民;基于TPN的多媒体动态同步模型及同步控制机制研究[D];西北工业大学;2002年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 赵瑜;变位机转台倾翻液压同步控制策略研究[D];燕山大学;2010年
2 梅志松;双液压缸驱动系统的鲁棒同步控制[D];燕山大学;2010年
3 王金辉;共箱式断路器三相合成试验方法研究[D];沈阳工业大学;2005年
4 胡尊文;几种典型分数阶混沌系统的同步控制[D];大连理工大学;2009年
5 申浩锋;驱动冗余并联机器人的非线性同步控制[D];西安电子科技大学;2011年
6 樊亚妮;高速同步的计算机控制设计与研究[D];广东工业大学;2006年
7 年海威;双直线电机伺服系统同步进给控制的研究[D];沈阳工业大学;2006年
8 任健;分数阶统一混沌系统的同步控制与应用研究[D];中南大学;2007年
9 张妍;工业以太网及其实时特性的研究[D];河北工业大学;2005年
10 熊武辉;配电网户外永磁机构重合器的智能控制与应用技术研究[D];中南大学;2005年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026