《神經元系統的相位鎖定和複雜放電模式的動力學分析》是依託北京航空航天大學，由王青雲擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：神經元系統的相位鎖定和複雜放電模式的動力學分析
- 依託單位：北京航空航天大學
- 項目負責人：王青雲
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
相位鎖定和複雜放電模式是生物神經元系統中重要的放電活動行為，這些放電行為及其相互之間的轉遷與神經系統某些疾病的發作和消失密切相關。本項目將研究神經元系統的各種相位鎖定模式的存在條件和穩定性標準及其轉遷的動力學機制，揭示複雜放電模式形成的動力學機理。基於非線性動力系統理論和耦合神經元系統的放電特徵，通過建立約化映射研究相位鎖定的存在和穩定性條件及不同相位鎖定模式轉遷的分岔機制，深入研究約化映射的動力學特性來探索耦合神經元系統可能出現的其它豐富的鎖定模式。依據幾何奇異攝動理論和神經元網路的動態特徵，把耦合神經元網路約化為一個映射動力系統來研究神經元網路複雜放電模式的內在機理及其不同放電模式轉遷的動力學機制。研究成果將深化人們對神經元系統的複雜動力學行為及其機理的認識，揭示神經系統的動力學行為在臨床方面的重要指導作用，同時為非線性動力學理論的發展開闢新的突破口。
結題摘要
複雜放電模式是生物神經元系統中重要的放電活動行為，這些電活動行為及其相互之間的轉遷與神經系統某些疾病的發作和消失密切相關。針對典型的神經電活動行為，我們主要在關鍵生理參數誘導的耦合神經元網路的動力學轉遷行為及其機制、突觸時滯誘導的耦合神經元網路的共振動力學和神經疾病系統的振盪動力學分析與控制等方面開展了相關的研究工作，取得的主要成果可以概括為：1.構建了具有短期突觸可塑性耦合的神經元網路，研究表明當短期突觸可塑性參數改變時，神經元網路能呈現不同的峰波動轉遷,並建立了簡單行波和複合行波存在和穩定性的準則；2.通過構建峰神經元網路模型，研究表明隨著信息傳遞時滯和周期刺激的變化，神經元網路的聚類激發同步能呈現出複雜的轉遷過程；3.快峰中間神經元網路對於腦神經系統振蕩產生是非常關鍵的。我們研究了一個由抑制性突觸和快的電突觸構成的中間神經元網路的複雜同步動力學行為，研究表明當增加抑制性突觸時滯時發現了從規則到混合振盪模式的轉遷，並且發現低水平的可靠性趨於破壞突觸同步，而具有抑制性突觸長時滯的網路需要一個極小的可靠性水平來維持混合振盪模式；4. 通過構建由抑制性和興奮性兩類化學突觸連線的簡單Hodgkin–Huxley神經元網路連線模型，研究表明由抑制性和興奮性突觸耦合的混合突觸神經元網路和完全抑制性突觸的神經元網路中，當突觸反饋時滯變化時，都會產生多隨機共振現象，並給出了最佳化隨機共振時滯與系統內在頻率的依賴關係；5. 研究了異質神經元和信息傳遞時滯對神經元網路時空共振的影響，研究表明合適的異質神經元能提高神經元網路的共振行為，且轉移了共振的最佳化噪聲強度；6.拓展性地建立了由兩個丘腦底核和一個蒼白球核團耦合而成的網路模型，精確地推導得到了β震蕩產生的條件。此外，我們研究了皮層丘腦系統中引起失神性癲癇發作的路徑，發現了典型的失神性癲癇發作狀態“棘慢波放電(SWDs)” 能通過調節SNr的作用水平來控制。研究成果將深化人們對神經元系統的複雜動力學行為及其機理的認識，揭示神經系統的動力學行為在臨床方面的重要指導作用，同時為非線性動力學理論的發展開闢新的突破口。 按照項目計畫書，全面完成了本項目研究計畫的目標和內容。發表學術刊物論文18篇，其中有17 篇被SCI 收錄。 已畢業博士研究生3名，碩士1名，出站博士後1名。
