基于模型的癲癇狀態(tài)預測控制研究.pdf

1、癲癇作為一種嚴重危害人類健康的常見神經(jīng)系統(tǒng)疾病，是由大腦局部病變引起的。目前基于模型的研究是許多致力于癲癇疾病控制研究的科學家最青睞的研究方法。這些基于模型的理論研究的目的是找到一個控制律使特定的性能指標最優(yōu)，目前最吸引人的是最優(yōu)控制對神經(jīng)系統(tǒng)疾病的控制研究。本文的目標是對癲癇疾病的模型實施預測控制，預測控制不僅保留了最優(yōu)控制中性能指標最優(yōu)的特點，而且利用在線滾動優(yōu)化過程彌補了最優(yōu)控制中全局優(yōu)化的不足，并且預測控制為閉環(huán)控制，可以改善臨

2、床上神經(jīng)系統(tǒng)疾病的開環(huán)刺激效果。本論文的研究是基于計算模型的，這是理解疾病的最快，最簡便有效的研究階段。通過對能夠代表癲癇特性的多維電導間室模型，一維相模型和神經(jīng)網(wǎng)絡模型的預測控制，實現(xiàn)了神經(jīng)元和神經(jīng)網(wǎng)絡的放電模式的控制，具體研究包括以下內容：
　　首先，本文利用兩層控制算法——輸入輸出廣義預測控制實現(xiàn)癲癇神經(jīng)元放電模式的控制。對神經(jīng)元模型施加兩種控制策略：控制加在胞體和控制加在樹突的控制策略。兩種控制策略對 Pinsky-Rin

3、zel（PR）模型模擬的正常和癲癇狀態(tài)下的放電模式的預測控制均得到很好的效果。同時將此控制算法的控制性能指標與單獨用輸入輸出線性化控制的兩種控制策略進行比較。
　　其次，利用預測控制實現(xiàn)一維簡化相模型的癲癇神經(jīng)元放電相位控制。利用PR模型的相響應曲線分別得到其正常狀態(tài)下和癲癇狀態(tài)下的相模型?；谳斎胼敵鰪V義預測控制實現(xiàn)對癲癇狀態(tài)下相模型的相位的控制，使其跟蹤正常狀態(tài)是相模型的相位。
　　最后，實現(xiàn)癲癇狀態(tài)的預測控制。研究了癲

4、癇疾病與小世界網(wǎng)絡和平均場電位的關系，建立了 Hindmarsh-Rose(HR)神經(jīng)元小世界網(wǎng)絡模型。將代表癲癇狀態(tài)的小世界網(wǎng)絡同步放電模式的平均場電位控制為代表正常狀態(tài)的小世界網(wǎng)絡去同步放電模式的平均場電位。為了驗證此控制算法的有效性，又將小世界網(wǎng)絡不同步放電模式控制為同步放電模式，實現(xiàn)了神經(jīng)網(wǎng)絡的同步場電位和去同步場電位之間的轉換。
　　本文的研究對神經(jīng)系統(tǒng)疾病治療的研究提供了思路，對神經(jīng)系統(tǒng)疾病控制問題的硬件實現(xiàn)提供了理論