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针刺神经电信息建模与同步分析

司文杰  
【摘要】: 针灸是我国少有的领先学科之一,针灸的手法量化与作用机理是目前主要研究方向。对穴位上施加的针灸手法作为对人体的外部刺激,必然引起相关神经元放电模式的改变,从而影响神经系统内信息的产生和传递。不同的针刺手法,引起神经元及神经系统不同的放电模式,所导致的机体生理效应也不同。因此,本文试图通过对神经网络的外部同步特性的理论分析和在低级中枢系统上提取的神经电信号特征分析,揭示和解释针刺特定穴位产生效用的机理。 针刺作为一种典型的外部刺激,根据提取的提插、捻转针刺手法力学量化信号,本文提出将刺激信号等效为类正弦或余弦信号,通过动物实验发现不同频率手法在神经系统中的共振现象;并依据针刺足三里在脊髓背角处引起的放电模式与外部余弦刺激下自耦合FHN神经元放电模式的类似性,构建外部刺激下链式耦合FHN神经元的网络模型。 本文首次提出采用相关谐波以及互调失真思想研究FHN神经元的外部同步性。首先运用探测算法计算频率响应函数得到了FHN神经元倍频处的谐波强度,通过理论计算得到的各倍频处的谐波强度,预测了系统在输入频率倍频处的功率谱响应。然后通过与傅立叶系数谱比较,得出倍频处的谐波强度均远远小于输入周期信号频率处的强度的结论,奠定了研究神经元外部同步性的理论基础。 本文根据外部同步性程度划分了FHN神经元参数区间,分析了不同模型参数在背景噪声下对神经元产生随机共振的影响,并首次得到了FHN神经元的Canard参数区间对神经元外部同步性发生机制的影响。 本文基于鸣鸟大脑中的部分解剖结构以及针刺传导的神经结构,提出外部刺激下链式FHN神经元网络模型结构;首先分析在背景噪声下细胞异变以及突触异变两种网络结构的特性,得到了外部周期刺激信号的振幅、频率,网络内各神经元间的耦合强度以及网络中神经元的个数与系统外部同步性关系;然后提出链式网络的特征频率的概念,分析了网络的频率选择性及其随机共振的发生机制。根据上述机理,本文首次提出采用满意模糊控制理论,实现了耦合FHN神经元完全同步。 本文首次采用神经元及神经元网络的思想探讨了针刺电信号的传导与作用机理,初步建立了针刺作用的数学模型,对揭示针刺引起的神经信息在生物机体内的编码和传导提供了一条新思路。


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