抑制性突触输入作用下神经振子群相响应同步

文章利用相响应曲线建立了具有兴奋性与抑制性突触输入和外部周期刺激的神经振子集群模型,引入复序参数描述神经元集群的同步活动。数值模拟表明抑制性突触输入降低了神经元集群的同步程度,减弱了神经元集群同步模式改变时的外部刺激;在弱刺激或低频率刺激下,神经元集群出现完全同步;在强刺激或高频率刺激下,神经元集群出现阵发性同步。     

整合发放神经元模型突触输入参数估计

文章针对突触输入和噪声共同作用下的整合发放神经元模型,在不考虑放电阈值前提下,采用最小二乘法估计突触输入参数;当考虑神经元放电阈值特性时,将放电阈值看成一个吸收边界,导出膜电位转移概率密度函数,再利用极大似然法估计突触输入参数。结果表明:最小二乘估计仅适合阈下活动的参数估计,而对阈上活动无效;极大似然估计适用于神经元放电的阈值行为;无论是从适用范围还是估计精度来说,极大似然估计都要优于最小二乘估计。     

时滞耦合神经振子集群相响应同步

在神经系统中,突触前神经元到突触后神经元的信息传递过程中存在时滞。文章建立具有外部周期刺激和噪声共同作用下的时滞耦合神经振子集群的相位演化模型,引入平均数密度来描述神经振子集群的同步活动,导出描述神经振子集群概率密度的演化方程。数值模拟结果表明:时滞对神经振子群同步活动具有影响,当时滞增大时,神经振子集群呈现稳定周期同步振荡,而同步程度降低;随着刺激强度增大,神经振子集群的同步程度增强;随着刺激频率的增强,神经振子集群的同步程度快速减弱;当刺激频率接近特征频率时,神经振子集群同步程度降低;随着噪声强度的增强,神经振子集群的同步程度增强。     

多种突触耦合的集群动力学研究

大量的生理实验证实神经系统主要存在3种不同的突触耦合方式:电突触、化学突触、电突触与化学突触共存的混合突触.但是这些突触耦合方式对神经系统的涌现动力学及其复杂性的产生机制还没有完全研究清楚.基于Wang-Buzsaki神经元所构成的兴奋性与抑制性平衡神经网络,兴奋性神经元网络满足小世界特性.当兴奋性神经元之间采用电突触耦合时,随着耦合参数的改变,兴奋性神经元群不仅能产生同步状态,也能产生不同相位共存的亚稳态;当兴奋性神经元之间采用化学突触连接时,该集团能够产生簇同步现象;当兴奋性集团存在混合突触连接时,兴奋性神经元集团不仅能产生全同步和阈下振荡同步,还产生不同频率的行波共存,呈现出激发模式的多样性.抑制性神经元群在3种突触耦合情况下,只能产生周期性的簇同步.这些结果为理解突触耦合方式对神经元激发模式和储存的多样性提供了一个可能的机制.     

基于TMAES对GrC神经元放电活动影响的仿真

经颅磁声电刺激（TMAES）是一种新型无创的脑神经调控技术,具有良好的应用前景.该技术利用静磁场和超声波共同作用所产生的磁声电效应,在神经组织中产生感应电流,进而对神经组织实施刺激.作者基于小脑颗粒细胞模型（GrC模型）,建立了突触连接GrC模型,对TMAES刺激下突触连接GrC模型的动作电位进行仿真,分析了动作电位的传播方向.在TMAES神经元的不同突触连接方式下,对比了兴奋性与抑制性对神经元放电的影响.通过改变抑制点的位置分析了抑制作用在TMAES下对神经元放电模式的影响.仿真结果显示,经颅磁声电刺激对GrC模型神经元放电节律具有重要影响.实现了两个神经元突触连接模型在TMAES下的仿真,对进一步发掘和研究神经元的传导及连接模式具有重要意义.     

基于场耦合的神经网络放电特性影响因素

神经网络放电特性是决定脑电位变化规律的重要因素.除化学突触作用,磁耦合对其他神经元放电特性的影响成为了近年的研究热点.然而,目前的研究只考虑放电神经元膜电流在空间产生的磁耦合,没有考虑其电学自突触电流产生的磁场作用.基于场耦合理论,充分考虑放电神经元的电学自突触电流对空间磁场的作用,根据神经元Hindmarsh-Rose(H-R)等效模型,构建仅含磁耦合作用的链式神经网络模型.通过模型研究刺激频率、距离权重、场耦合强度和电学自突触增益等因素变化对神经网络放电特性的影响规律.结果表明:①随着刺激频率从零开始增加,神经网络的放电状态呈现从"抑制"到"放电"再到"抑制"的"窗口"变化特性;②神经元网络的同步程度均随磁耦合强度和距离权重的增加而增强;③无论正、负反馈,放电神经元的电学自突触作用均能改变神经元网络的放电特性,其中正反馈的影响更显著;④电学自突触增益大于零时,同步程度随增益增大而提高.研究结果进一步表明磁耦合是实现神经元之间信号传递的一个重要方式,其中电学自突触电流的磁耦合作用不可忽视.说明神经突触的化学作用如果失效,由放电神经元膜电流和其电自学突触电流共同产生的磁场也可能引起其他神经元膜电位超过阈值而放电.     

依托咪酯对腹外侧视前区神经元GABA能传递的抑制作用

目的:研究依托咪酯对大鼠腹外侧视前区神经元γ-氨基丁酸能传递的影响。方法:大鼠腹外侧视前区切片,全细胞膜片钳记录神经元抑制性突触后电流。结果:依托咪酯(0.1μmol/L)可逆性地降低腹外侧视前区神经元的诱发抑制性突触后电流幅度,但未能显著性改变其配对脉冲比率。依托咪酯(0.1μmol/L)作用下,自发抑制性突触后电流的频率与幅度均显著性下降,其动力学参数未受影响。结论:依托咪酯可作用于突触前及突触后γ-氨基丁酸受体而抑制对腹外侧视前区神经元的γ-氨基丁酸能传递,这一作用可能使其处于兴奋状态,进而抑制结节乳头体核的组胺能神经元,减少组胺释放而发挥麻醉镇静作用。     

短时程突触可塑性的简化模型

给出了一类包含抑制和易化的短时程突触可塑性的简化模型.分别讨论了突触前发放为周期和Poisson电位脉冲串时,突触后的神经元的抑制和易化机制,并给出了定性分析和数值结果的比较.进一步发现在相同的突触前发放频率下,随机模型使得突触后神经元发放的易化和抑制的参数范围比周期模型的参数范围大.     

基于多元线性逆滤波器的视顶盖神经元集群亮度信息解码研究

通过解码鸽子视顶盖(the optic tectum,OT)神经元集群亮度信息的方法,研究了OT区神经元集群编码亮度信息的神经机制。首先设计了具有瞬态闪变特性的亮度视觉刺激模式,采用微电极阵列记录了多通道的锋电位(spike)发放序列;然后提取了神经元集群的spike发放率特征,构造多元线性逆滤波器解码视觉刺激亮度;最后采用互相关和信息论的方法对解码结果进行了分析。结果表明:采用的多元线性逆滤波器有效解码了OT区神经元集群编码的亮度信息。通过对解码参数变化与解码精度的分析可知神经元集群数目13个、bin的宽度5 ms、刺激后15 ms、刺激后持续时间35 ms具有最高的解码精度。通过神经元集群中逆滤波器形态的分析发现,单神经元在亮度信息的编码过程中受周围神经元的动态调制。通过对解码精度与刺激闪变频率关系的分析,发现在刺激闪变频率19 Hz到53 Hz的范围内,重建质量较好,在刺激闪变频率为33.5 Hz时,重建质量达到最优。     

电场作用下海马锥体神经元等效应建模

为解决电磁刺激治疗癫痫神经疾病的有效性和安全性等问题,建立了容易引起癫痫发作的海马CA3区锥体神经元在外电场刺激下的等效应模型,并通过Matlab 数值仿真,分别研究了其在直流和交流外电场作用下的动力学特性。仿真结果表明,神经元的放电频率受到直流电场强度的调制,特别对电场的方向比较敏感。当电场为负向时,电场强度的变化对神经元的动力学特性影响明显,当电场为正向时,影响不明显;在交流电场刺激下,神经元的动力学特性改变具有外部电场频率依赖性,不同频率刺激下神经元会出现周期簇放电、同步放电、周期峰放电和混沌放电等状态。据此可指导医生制定更为有效安全的神经疾病电磁刺激治理方案。     

基于视觉神经计算模型的图像边缘检测方法

借鉴视觉系统的轮廓感知能力,提出了一种基于视觉神经计算模型的图像边缘检测新方法.首先构建以动态突触互连的双层神经元网络;接着建立了一种基于突触前神经元响应模式的脉冲传递模型,利用神经元的脉冲发放时空模式来凸显边缘空间信息;最后通过发放率灰度映射获取图像边缘信息.以包含较多弱对比度边缘的微生物显微图为例,以信息熵、边缘置信度和重构相似度做定量分析,结果表明所提方法能够有效实现弱对比度边缘检测,为视觉机制在图像处理中的应用提供崭新的思路.     

随机延时Hodgkin-Huxley神经网络的同步与联想记忆

基于神经系统微观生理结构,给出具有空间分布随机延时的神经元间耦合,而这种随机延时描述峰电位从突触前神经元到突触后神经元在轴突上传播所需要的时间．记忆由时空发放的神经元集群表达．通过加入并改变噪声的强度,研究了噪声对Hodgkin—Huxley（HH）神经元网络系统联想记忆的作用,在噪声涨落的作用下,系统取得了对不完整输入的记忆恢复,得到与熟知的随机共振完全一致的结果．     

参数驱动实现两个非耦合神经元完全同步与相位同步

讨论了利用外部混沌信号或神经元膜电压实现两个初始条件不同的非耦合Hindmarsh-Rose(HR)神经元的同步问题：利用外部混沌信号调制两个相同的非耦合HR神经元的某些参数，当刺激强度达到某一阈值时最大条件Lyapunov指数(LCLE)变负，两个系统可实现完全同步；利用混沌信号调制两个存在参数差的非耦合HR神经元的输入电流，当刺激强度达到某一阈值时两个系统的最大条件Lyapunov指数都变负，两个HR神经元将实现相位同步．此项研究从实验的角度为实现非耦合神经元同步提供了可行的方法，为今后研究更加复杂的神经元系统打下了一定的理论基础．     

磁刺激对大鼠心电的影响及分析

为研究胸闷、心疼痛等疾病的机理,分析磁刺激导致心电变化的原因,选择大鼠若干只,接受不同频率不同强度的脉冲磁刺激,监测刺激开始前?进行中和结束后的心电信号,比较无外加刺激和刺激进行时?刺激结束后的异同;比较了施加不同强度不同频率刺激时心电的异同.结果表明,刺激进行时,在脉冲作用的瞬间,大鼠心电幅值超出无刺激时心电的若干倍,且频率一定时心电幅值随着线圈电流变化率的增大而增大;刺激结束后,刺激对心电的残余影响将随着刺激频率的逐渐降低而加剧.所以合适强度频率的磁刺激将会对恢复心肌功能、治疗心肌疾病产生积极的作用.     

非线性激励作用下载液容器内液体晃动的数值模拟

通过对周期性边界激励下的圆柱形容器内液体晃动的数值模拟,分析了载液容器壁面受力与外部激励频率、摆动半径之间的变化关系,以及液体晃动幅值、频率与外部激励频率、摆动半径之间的变化关系.分析结果表明:载液容器内的液体在经历了一段调整期后,晃动幅值趋于稳定,晃动频率接近激励频率;当外界的激励频率接近液体固有频率时,液体晃动幅值增大,对容器壁面产生的冲击力增大;液体的晃动频率与摆动半径无关,晃动幅值随摆动半径的增大而减小.该结果对于非线性激励作用下载液容器内液体晃动的研究、保证载液容器的运行的安全,具有重要的参考价值.     

可兴奋神经元的非线性动力学性质

以H-H模型为研究对象,通过改变方程中表征神经元可兴奋性的参数,用数值分析的方法考察可兴奋神经元的动力学性质.结果表明,可兴奋性控制参数越高的神经元,动作电位发生的阈值越大,所能承受的刺激范围也越大.每种神经元都有一个特定的参数域,当参数在其中变化时,神经元对于恒定刺激的反应是混沌的.     

振动载荷下腰椎间盘力学响应的仿真分析

为研究振动载荷对腰椎间盘力学性能的影响,采用有限元方法,对人体腰椎间盘L3/L4节段在不同振动频率和振动幅值作用下的力学响应进行仿真分析,并与静载荷下的响应进行比较.发现:振动幅值相同时,振动都不同程度地增大了腰椎间盘的蠕变,振动频率越高,蠕变越大;振动幅值越大,振动频率对蠕变的影响越明显.椎间盘组织的Mises应力受振动频率的影响较小;孔隙压力随着振动频率的增加下降速度有所降低.应变增大时,应力松弛随频率的增加略有减小.因此长期处于振动载荷下,特别是频率较高时,更容易造成纤维环损伤.     

成年斑胸草雀弓状皮质栎核投射神经元电生理特性的性别差异

利用离体脑片膜片钳技术检测RA投射神经元电生理活动的主动和被动特性，对其性别差异进行探讨.结果发现鸣禽RA投射神经元电生理特性在发放频率和诱发动作电位幅值方面存在明显的性别差异.     

神经元的区分能力与置信水平

当神经元接受两种不同的刺激时,利用发放率分布考虑神经元的区分能力与置信水平,对其分布分别服从相同和不同方差的高斯分布情形,给出了度量两种可能分布的分开程度的量―区分能力,和度量这种区分可靠性的量―置信水平,刻画了区分能力与其置信水平之间的关系,并给出了最优阈值的选择以及执行最优区分任务的解码过程.     

信号噪声下整合发放神经元模型的随机共振

文章基于整合发放神经元模型,研究了信号噪声与背景噪声共同作用下神经元系统的随机共振现象。利用随机平均法推导出了神经元系统的输出幅值增益精确表达式,并考察了背景噪声、信号噪声相关时间和信号噪声与背景噪声两噪声的关联强度对神经元系统输出幅值增益的影响。通过数值模拟发现,当背景噪声较弱时,神经元系统有明显的随机共振现象;当信号噪声自相关时间较短及背景噪声与信号噪声间两噪声间关联强度较小时,神经元系统也会出现随机共振现象。