神经元网络同步放电的抗扰特性

为了揭示神经元网络在噪声环境下实现可靠信息处理的内在机制,利用神经元模型对噪声环境下神经元网络同步放电的抗扰特性进行数值计算和分析.给出了定量描述神经元网络放电同步程度和抗扰特性的评价指标,并研究了放电同步程度和抗扰特性间的内在联系.数值仿真结果表明,神经元数目和耦合强度对网络的同步和抗扰特性影响较大;在一定范围内,神经元放电同步程度与抗扰特性强弱间具有近似线性的内在联系.因此,神经元网络可以利用同步放电机制抑制噪声干扰,执行可靠的信息编码与处理.     

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...     

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.     

神经网络受损对神经元放电模式及同步行为影响的研究

以Hindmarsh-Rose(HR)神经元模型为节点构建一个环状耦合的神经网络,考察网络受损后对其放电模式及同步行为的影响.研究发现,当神经网络正常时,神经元具有较好的接收和输出信息的性能,合适的耦合强度可以调节体系的放电模式和同步行为.而当网络中出现一定程度的损伤时(包括部分神经元或突触连接受损),均会导致神经元的接收或输出信息的性能减弱,从而引起体系中神经元放电模式和放电频率发生改变,体系的同步程度降低.上述研究结果表明神经网络受损将影响神经元的放电活动,并导致网络的异常同步行为,从而为揭示神经性疾病的形成机理提供一定的理论解释.     

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.     

小世界网络同步的非线性时滞反馈控制

大脑的病态同步放电活动会导致一些神经类疾病,如帕金森、癫痫等.采用Izhikevich神经元模型构建一个兴奋-抑制小世界网络,增加网络的耦合强度能够实现网络的同步簇放电.对网络施加非线性时滞反馈控制,网络的这种同步活动很快消失.仿真结果表明:微分形式的反馈控制去同步的同时,保持了单个神经元的固有放电特性,且这种反馈控制不具有侵害性.直接形式的反馈控制通过抑制神经元的放电活动来抑制网络的同步,这种形式的反馈控制对刺激参数的变化具有鲁棒性,更适用于实际的深度脑刺激术.     

电磁感应下胰腺β细胞的放电及同步分析

细胞内外离子的变化会影响细胞膜电位的变化,产生电磁场的分布.以胰腺β细胞神经元为基础,建立一个由忆阻器实现神经元的磁通量与膜电位之间耦合的四维神经元模型.分析了反馈增益k 1对胰腺β细胞放电模式的影响,得到了不同分岔行为及相应条件.对神经元添加相应外部电刺激Ie xt,考察了其对神经元放电模式的影响,选择合适的参数,进行数值模拟,结果表明系统存在加周期分岔,逆加周期分岔与倍周期分岔之间相互转换,呈现静息态-周期峰-混沌-周期簇放电模式的转迁.分析了磁通耦合胰腺β细胞的同步特性,利用同步差原理,推导出了系统达到同步状态的条件.同时对系统进行双参数分析,分析结果表明,当系统处于弱耦合强度时,随着耦合强度的增加,系统将逐渐达到同步状态,说明在弱耦合强度下增大耦合强度对系统的同步有促进作用.继续增加耦合强度达到一定范围反而不能促进系统达到同步,验证了耦合强度与系统达到同步的关系.     

纳秒脉冲放电参数对点火性能的影响

基于定容燃烧弹探究纳秒脉冲放电在不同脉冲电压、不同脉冲间隔下的放电特性,比较不同放电参数对甲烷/空气混合气点火成功率和着火延迟的影响.研究结果表明,减小脉冲间隔,可以合理利用脉冲之间的耦合作用,提高放电能量利用率;增大脉冲电压、脉冲数量和减小脉冲间隔可以扩大甲烷/空气混合气的着火界限;增大脉冲电压和减小脉冲间隔均可以有...     

大气压级联辉光放电中射频放电对脉冲放电的影响

针对脉冲放电的起辉过程会影响脉冲介质阻挡放电效率的问题,在脉冲放电前引入脉冲调制射频放电组成级联放电.建立大气压氦气级联辉光放电的二维自洽流体数值模型,研究调制射频放电对脉冲放电特性的影响.深入探讨放电极板间隙中调制射频放电段结束后剩余的等离子体粒子的空间分布及时空演化过程.分析电子密度、离子密度和电场强度随时间与空间...     

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.     

海马结构中DG对CA3的信号传递作用

利用海马结构中的细胞通道模型,数值研究海马中CA3-DG网络的传递特性.首先分析外界刺激对锥体神经元放电节律的影响,放电节律经历周期峰放电,倍周期分岔通向混沌,激变周期3放电进而演化混沌,最后周期簇爆发的完整放电模式变化过程.然后通过突触连接模型,构造CA3-DG神经系统模型,分析了网络中各种神经元突触后电流总和的计算公式,突触后电流对神经元放电节律的影响以及簇爆发的产生机理,网络结构的强大编码能力揭示了CA3结构在海马信息传递中的特性.模型分析包含突触传递的时滞影响,模型结果与海马发放的实验现象相符合.     

自突触下光敏神经元网络的动力学行为

以HR神经元模型为例,模拟了环链网络及平面网络中光敏神经元的电活动行为.研究发现恰当的电压源振幅可以促进神经元放电,使整个网络处于有序态,更大的自突触耦合强度更有利于激发神经元放电.在全光照下,适当调整电压源振幅A、频率ω,可以观察到神经元网络丰富的放电行为.但在固定电压源振幅A下,使用较小的频率ω,神经元很难诱发放电,整个网络处于静息态.在非均匀光照下,网络中更容易产生靶波.     

含磁场耦合忆阻神经网络放电行为研究

本文研究复杂神经网络的连接拓扑和耦合强度对其放电行为的影响,以含磁场耦合忆阻Hodgkin-Huxley(HH)神经元为节点,以神经元之间的连接为边,建立Newman-Watts(NW)型小世界神经网络,并通过改变连接拓扑概率和耦合强度研究神经网络放电模式。研究发现:对于一个给定的耦合强度,当连接拓扑概率接近于零时,神经网络没有放电行为;当连接拓扑概率大于阈值时,网络中的神经元会出现放电现象,而且随着连接拓扑概率p的进一步增大,放电强度变得更大。研究结果表明,连接拓扑概率p可以诱导和增强神经网络的电活动,可望为理解真实耦合神经元的集群动力学提供有益的见解。     

基于Terminal滑模的Hindmarsh Rose神经元放电同步控制

基于Terminal滑模控制方法, 实现了单向耦合HindmarshRose神经元之间的同步控制. 仿真结果表明, 该控制策略不但可完成神经元内部参数变化而导致不同放电状态的同步控制, 还可完成由于外部干扰导致不同放电状态的同步控制, 并证明了该控制策略的有效性.     

基于STDP的神经元连接电路的仿真和分析

人工神经网络是一种模仿人脑结构及其功能的信息处理系统,人工神经网络的硬件实现能充分发挥神经网络大规模并行处理的特点应用于各种工程中,并促进脑科学基础研究的进一步发展.本文实现了（integrate-and-fire,IF）神经元电路设计;完成了（spike-timing dependent plasticity,STDP）机制的电路设计;构建了基于STDP机制的神经元连接电路;分析了STDP机制对神经元连接电路放电特性的影响.研究结果表明：在基于STDP机制的神经元连接电路中,当突触前神经元和突触后神经元的脉冲尖峰具有时间上的差异时,突触权重会发生变化,且进一步影响突触后神经元的脉冲释放.     

一维Theta-神经元网络中的规则单放电行波解的存在性

讨论了一维theta-神经元网络中规则单放电行波解的存在性.根据神经元细胞激发放电原理对细胞间的相互作用做出单向传递和按距离衰减两点假设.通过控制细胞间的耦合作用时间可得到网络中的规则单放电行波解.     

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。     

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...     

室温工作的射频放电激励板条CO激光器

研究了在室温工作下射频放电激励板条CO激光器的工作特性.采用81 MHz的射频放电,利用并联谐振技术获得均匀的射频放电.激光器电极大小为86 mm(宽)×700 mm(长),间距为1.7 mm.激光器谐振腔为输出耦合系数为8%的负支共焦谐振腔.研究了激光器的脉冲工作特性,以及不同脉冲情况下脉冲的时间特性.获得了峰值功率约为600 W的激光输出.测量了激光器输出的光谱特性以及输出功率稳定性.