胰腺β细胞的簇放电分析及其同步研究

簇放电是在胰岛分泌胰岛素时主要的放电模式.考虑具有代表性且较为简单的Sherman模型,对以下问题进行了研究:首先,应用快慢动力学分析研究了锥形和方波形簇放电模式的动力学性质;其次,利用常微分方程的定性与分岔理论的知识,探讨了与静息状态和放电状态相关的分岔点的性质,主要分析了平衡点的Hopf分岔;最后,研究了2个相互电耦合簇放电的胰腺β细胞之间的同步性转变.数值结果表明:改变耦合强度和慢时间常数都可以引起复杂的同步状态转迁变化.一个有趣的发现是,只要耦合强度适当,耦合β细胞总是可以达到完全同步状态.     

电磁辐射下神经元放电模式及其环状耦合同步研究

鉴于外部磁场会对神经元放电活动产生影响,讨论了具有磁场作用的四变量ML(Morris and Lecar)神经元模型,利用快慢动力学揭示了其簇放电类型及分岔过程,并分析了随磁通反馈系数变化时系统放电行为. 同时以三个环状耦合神经元模型为例,通过定义同步判断标准——互相关系数和快慢变量的极大同步差,发现耦合神经元在磁场作用下,很小的耦合强度就可使系统从混沌状态转迁到周期放电模式并能诱导神经元完成从互不相关到簇放电同步再到峰放电同步的转迁. 且在合适的双参数范围内,适当耦合强度下系统更容易实现同步,有助于理解在适当耦合连接方式下电磁辐射对神经网络集群放电活动的影响及其同步机理.     

一类神经元模型的放电行为与同步研究

以磁通e-HR神经元模型为基础,基于理论分析与数值仿真相结合的方法,首先分析了磁通e-HR神经元模型的放电行为,发现该神经元模型存在隐藏的极限环吸引子.通过双参数分岔分析观察到,系统具有倍周期和无混沌伴随的加周期等典型的放电行为.设计了自适应同步控制器,研究了时滞对电突触耦合的磁通e-HR神经元模型达到同步的影响.当时...     

磁通e-HR神经元隐藏放电与分岔行为的研究

考虑电磁辐射对神经元放电活动的影响有着重要的现实意义.通过引入磁通变量来描述外界电磁辐射对膜电位的作用,建立了磁通e-HR神经元模型,并详细探讨该系统的放电特征和分岔模式.基于Matcont软件编程仿真的方法,研究了磁通e-HR神经元模型的Hopf分岔行为和共存放电区间,并发现该系统具有隐藏放电行为.此外,通过分析双参数平面上分岔行为,发现该系统存在倍周期、逆倍周期、伴有混沌加周期和无混沌加周期等分岔模式.从而为深入了解磁通神经元隐藏放电的产生和分岔行为提供了有益的探讨.     

e-HR神经元模型分岔分析与同步控制

以单个e-HR神经元模型为基础,研究该模型在双参数平面中的分岔特征,以及通过引入磁控忆阻器建立了磁通耦合e-HR神经元模型,并实现同步控制。基于数值模拟发现,e-HR神经元在双参数平面上存在倍周期、逆倍周期、伴有混沌加周期等分岔模式。通过运用自适应控制方法,对从系统施加控制项,使主从系统由混沌态同步到了簇放电态,从而为研究神经元放电模式的产生、迁移和转变提供了有益的探讨。     

磁通耦合神经元模型的稳定性及Hopf分岔分析

通过磁通耦合的方法将两个磁通神经元耦合, 建立耦合神经元模型. 首先, 利用Routh Hurwitz判据分析平衡点的稳定性, 并计算该模型的唯一平衡点; 其次, 由Hopf分岔定理得到分岔解析解, 并研究模型的分岔方向及分岔周期解的稳定性; 最后, 通过数值仿真模拟模型的动力学行为. 结果表明, 在一定参数范围内, 随着耦合强度的增加, 模型产生亚临界Hopf分岔, 同时出现倒倍周期、 加周期分岔现象和较多的周期窗口, 且增加外界刺激电流可诱导尖峰放电.     

mHR神经元模型的分岔分析及其哈密顿能量控制

研究能量函数对神经元放电特性的影响,对控制神经系统的信息编码、信息传递有着至关重要的作用.文章运用了亥姆霍兹定理与数值仿真相结合的方法,研究了mHR神经元模型在双参数平面内的分岔行为及其放电模式的控制.通过数值仿真发现,mHR神经元模型具有非常丰富的分岔现象,在不同的参数平面内存在倍周期分岔、逆倍周期分岔及无混沌加周期等分岔现象.在此基础上,为了实现对神经元模型混沌放电模式的控制,对神经元系统施加了哈密顿能量反馈控制器.研究发现,通过适当调节该控制器的参数,就能够有效地控制神经元的放电模式类型.这对了解复杂神经元系统的能量消耗及其稳定性具有一定的现实意义.     

电磁感应下一类新皮层神经元的放电及同步

通过引入磁通变量实现电磁感应电流对膜电位的调制,建立一类新皮层神经元的四维神经元模型.基于单参数分岔图、双参数分岔图及其相应的最大李雅普诺夫指数图详细地分析该模型的放电特性和分岔模式.数值结果表明,该模型在适当的外界刺激和电磁感应强度作用下会产生复杂的分岔行为,即加周期分岔、倍周期和逆倍周期分岔等.有趣的是,该模型在双...     

两个同质动力学性态的Aihara神经元电突触耦合的完全同步

讨论两个同质动力学性态下的Aihara神经元耦合系统的状态完全同步问题.以主稳定函数为分析工具,首先通过数值模拟指出单个神经元处于混沌放电状态时,神经元对应的最大Lyapunov指数具有非负的性质;其次,对于两个Aihara神经元在电突触耦合下构成的系统,给出系统能实现状态完全同步的一个必要条件,利用系统的主稳定函数值绘制了2维参数平面的完全同步区域.数值仿真表明,过大或过小的耦合强度都不能使耦合系统达到状态的完全同步.最后,所设计的数值实例表明了理论结果的合理性和有效性.     

耦合Lorenz振子的同步混沌分岔

研究了时空混沌系统－淹合Lorenz振子同步混沌的分岔行为,当非对称耦合参数达到临界值,耦合系统的同步混沌态发生Hopf分岔,在同步混沌态上迭加一个周期行波。分岔点的参数可由计算Lyapunov指数得到,分岔产生的行波频率等于分岔前临界横模的广义旋转数。继续增加非对称耦合参数,系统经历准周期、混沌到周期运动的变化。在这个过程中同步混沌发生Hopf分岔时产生的周期行波始终存在。     

含时滞的磁通Ghostburster神经元模型的Hopf分岔分析

提出了一个含时滞的磁通Ghostburster神经元模型,研究时滞对该神经元系统动力学行为的影响.利用Routh-Hurwitz判据和稳定性理论讨论了该系统平衡点处局部稳定性与Hopf分岔发生的条件;并通过中心流形定理和范式理论分析了Hopf分岔的方向与周期解的稳定性.数值模拟出该系统在不同时滞作用下的时间序列图、峰峰间期分岔图和双参分岔图.仿真结果表明：在不同时滞作用下,该模型的放电行为发生了延迟现象,并通过加周期分岔放电模式呈现出尖峰放电态和周期簇放电态.研究结果有助于解释延迟效应对电磁辐射作用下神经元系统产生的影响.     

电磁辐射下HR神经元模型的分岔分析

运用理论与仿真相结合的方法,分析了电磁感应下改进的HR神经元模型的动力学特征.由于系统的关键参数与外刺激电流的变化对系统动力学行为有重要的影响,因此分析了外界刺激电流对系统平衡点分布的影响,发现了多值平衡点区域.在此基础上,对系统进行鞍结分岔分析,探讨了关键参数对系统临界鞍结点分布的影响,同时分析了系统Hopf分岔及其分岔类型与分岔出的周期解的稳定性,并与数值模拟相结合验证了上述的理论分析,从而揭示了系统所具备的复杂的放电特征.     

电磁与化学突触作用下ML神经元环状网络的分岔同步

电磁作用对神经元系统的放电行为会产生一定的影响,本论述在ML模型的基础上,建立了电磁作用与化学突触作用下的环状网络ML神经元系统.首先运用四阶龙格库塔法进行关于分岔的数值仿真,分析了ML神经元系统在环状网络中不同参数的分岔过程,并通过时间历程图与相图对分岔图的分岔周期与混沌进行了验证.之后通过引入一个统计量——同步的统...     

电场下HR神经元的分岔分析及其同步

应用数值仿真与自适应同步控制方法,分析了Hindmarsh-Rose(HR)神经元模型在外加电场的影响下产生的复杂动力学行为.在基于数值模拟得到的双参数图像中了解到该系统具有倍周期分岔、加周期分岔模式以及"梳状"的混沌结构.在此基础上,运用Lyapunov稳定性理论以及未知参数自适应律设计出满足同步条件的自适应控制器,...     

电磁辐射下神经元放电模式及其环状耦合同步转迁

鉴于外部磁场会对神经元放电活动产生影响,本文讨论了具有磁场作用的四变量ML(Morris and Lecar)神经元模型,利用快慢动力学揭示了其簇放电类型及分岔过程,并分析了随磁通反馈系数变化时系统放电行为.同时以三个环状耦合神经元模型为例,通过定义同步判断标准——互相关系数和快慢变量的极大同步差,发现耦合神经元在磁场...     

电磁感应下HR神经元模型的分岔分析与控制

研究电磁辐射下神经元的放电活动,对神经元相关的病变、控制和治疗具有极大的应用价值。基于理论分析与数值仿真方法,主要研究磁通HR神经元模型的分岔结构及其实现亚临界Hopf分岔稳定性控制。通过数值模拟发现该系统在双参数区域存在加周期1分岔、倍周期分岔与混沌交替现象。此外通过理论分析外界刺激电流的变化下系统平衡点的分布与稳定性,得出该系统存在超(亚)临界Hopf分岔点,并且在亚临界Hopf分岔点附近存在隐藏极限环吸引子。通过运用Washout控制器实现亚临界Hopf分岔稳定性控制,由此消除了隐藏放电现象,从而有助于揭示和理解神经元隐藏放电的产生和转变的内在机制。     

耦合CPG神经网络的节律分析

为了研究由中间神经元耦合的CPG神经网络对肢体动物节律性步态运动的动力学特性,本文考虑了2个CPG耦合的神经网络,在外界药物刺激影响下,肢体动物左、右肢节律性步态运动模式的转迁以及中间神经元对步态运动的影响;通过分岔理论确定神经元产生周期放电的参数范围;讨论在外界激励变化下,同侧屈伸肌中心的放电周期、静息阶段、兴奋阶段与振幅的变化规律,并表明外界刺激将影响左右肢的同步和交替模式的转迁;通过移除不同的中间神经元路径,讨论中间神经元对步态运动模式转迁的影响。结果表明：左、右中心在不同耦合情形下表现出相同的特征。     

基于平均场的全局耦合神经集群的去同步控制

针对一些疾病中出现的神经元放电的病理性同步,本文提出了一种去同步控制方法.在神经元受到电流和噪声的刺激引发放电时,引入平均场对神经元集群进行点对点的全局耦合,将会使神经集群达到同步状态.在此过程中将平均场进行滤波以及线性处理反馈回神经集群,可以控制集群去同步.通过对集群参数与控制器参数分别研究,表明这种控制方法对噪声,耦合强度,控制器参数都具有鲁棒性.而且此方法有实用性,易临床实现,可以用作深度大脑刺激的新颖控制方法来治疗精神疾病.     

网络系统的线性耦合混沌同步

为提高通讯系统的安全性,应用线性耦合同步法对一个由超混沌神经元构成的网络系统的混沌同步问题进行了研究。基于非线性动力学理论,以三维空间中的吸引子、全局分岔图和Lyapunov指数谱表征了该神经元丰富的动力学行为。利用线性耦合同步方法实现了该网络系统的混沌同步,数值计算得到了该系统达到同步时耦合强度参数的取值范围。所得结果为混沌保密通信的应用提供基础数据。     

一类神经元模型的Hopf分岔

用非线性动态系统的观点看待神经元的静息和周期放电现象.通过对神经元简化数学模型的理论分析,将神经元的静息态对应模型的稳定平衡态.神经元的神经可激活性对应模型参数处于分岔点附近,神经元的周期放电态对应模型在第1次Hopf分岔之后出现的极限环稳态,用模型的二次Hopf分岔后极限环消失及稳定的不动点重新出现说明神经过程中发生的过强抑制现象.