神經元固有特性對針刺網路編碼影響的機制研究

《神經元固有特性對針刺網路編碼影響的機制研究》是依託天津大學，由王江擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：神經元固有特性對針刺網路編碼影響的機制研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：王江
• 依託單位：天津大學

項目摘要

針灸是中醫的重要組成部分,其作用機制研究對手法量化、標準化具有重要的理論意義和實用價值；針刺神經元網路的編解碼是闡釋針刺機制的重要科學問題之一，但目前研究結果鮮見報導。首次提出從神經網路角度刻畫針刺的編碼機制，探索神經元固有特性對網路編碼影響的機制。將實驗數據分析、模型分析相結合描述神經元固有特性對其輸入輸出特性的影響、輸入輸出特性對同步的影響及同步對網路編碼影響的規律。利用狀態空間實現多陣列針刺電信號的分類和相關分析，量化針刺輸入與神經元網路的回響特性；用前饋網路模擬針刺電信號傳導通路，採用虛擬網路刻畫神經元固有特性與針刺輸入、突觸輸入相互作用的機制及對同步的影響；用相關性特徵量化針刺神經元網路同步編碼規律；將實驗數據、統計分析和計算模型相結合，建立具有生物物理特徵的神經元和前饋網路模型，刻畫神經元固有特性對網路同步和編碼的影響機制。本研究將為針刺手法量化、標準化提供一條新思路。

結題摘要

研究神經元固有特性對神經網路編碼的影響機制具有重要意義，本項目首次從神經網路角度刻畫針刺的編碼機制，對於科學研究針刺的作用機理提供了理論基礎，為針刺手法量化、標準化提供新思路。通過設計動物足三里穴實驗，獲取脊髓背根、背角、丘腦核團和皮層神經電信號，提出了一種新的基於模型的分類算法，解決了多神經元放電同步重合問題。利用狀態空間和非線性分析，發現了針刺能夠影響神經元的放電閾值、分形和相關性等特性。基於針刺回響的機率模型，將針刺效應量化為被激活的內在狀態，通過貝葉斯解碼實現了針刺神經元編碼量化。 基於實驗測得的神經元放電時間序列，並加入具有生物物理意義的LIF模型，在模型計算和神經元形態之間取得一個平衡，然後運用貝葉斯解碼估計放電特徵參數，建立了針刺作用下神經元的放電回響模型。研究單神經元固有特性對放電編碼的影響機制，建立了神經元類型、樹突特性和適應電流與動作電位能量效率、神經元計算以及放電起始機制之間的生物物理聯繫，得到了神經元離子通道噪聲對放電可靠性的促進規律。 將基於誤差反傳的學習機制引入到放電神經元網路模型中，研究了神經元固有特性對網路功能的影響，得到了神經元固有特性是影響網路穩定編碼信息和功能魯棒性的關鍵因素。將非線性系統可控可觀的概念套用於神經元網路，分析並發現了神經元固有特性與神經元網路可控可觀性之間的關係。將針刺信號等效為不同類型的神經元輸入，研究隨機噪聲對神經元網路放電時空特性的影響，發現噪聲誘導的隨機共振現象。隨機共振是神經系統對針刺信號進行檢測和傳遞的重要方式，是針刺神經網路編碼的重要方式之一。 依據針刺信號傳導通路的生理結構特徵，建立了前饋神經元網路模型，研究針刺信號的傳導規律，得到了神經元固有特性對同步編碼和頻率編碼機制的影響。構建了針刺傳導通路動態特性的實時估計系統和智慧型針刺量化機器人系統，實現了針刺手法量化和針刺效應量化。