外電場下神經(jīng)元的分岔研究.pdf

1、神經(jīng)元是神經(jīng)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和功能單元，在神經(jīng)信息處理過程中起著關鍵的作用。本文研究外電場對神經(jīng)元系統(tǒng)的作用規(guī)律，為從更宏觀的尺度研究外電場對神經(jīng)系統(tǒng)各種功能的影響提供借鑒。 首先，在分析外電場下細胞膜電生理特性的基礎上，建立了外電場作用下的神經(jīng)元模型。然后，利用分岔理論，得到了直流電場下Hodgkin-Huxley（HH）模型和Morris-Lecar（ML）模型的詳細分岔結(jié)構(gòu)；給出了存在多穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象的參數(shù)區(qū)域，并揭示了其產(chǎn)生的分

2、岔機制。研究了不同幅值和頻率的交流電場下HH神經(jīng)元的動態(tài)行為，利用Poincare截面、ISI和平均放電率等方法，發(fā)現(xiàn)了包括無混沌加周期和鎖相-混沌（或擬周期）交替等放電序列及其動態(tài)轉(zhuǎn)遷過程；得到了幅頻參數(shù)空間的Anorld圖，揭示了放電模式對刺激輸入的編碼機制。 通過對外電場下ML神經(jīng)元的分岔分析，發(fā)現(xiàn)了四種不同的興奮和放電特性，各種放電之間只需要改變一個外電場參數(shù)即可實現(xiàn)相互轉(zhuǎn)換。建立了三種基于ML模型的簇放電最小模型，給出

3、了調(diào)節(jié)模型參數(shù)改變簇放電特性的一般規(guī)律。 鑒于神經(jīng)元同步行為的重要作用，本文應用相位降維方法，研究了外電場下兩神經(jīng)元（峰放電神經(jīng)元或簇放電神經(jīng)元）電突觸耦合和化學突觸耦合下的同步特性。得到了刺激電流、電場、耦合性質(zhì)及耦合強度對系統(tǒng)同步特性的影響規(guī)律。時滯是神經(jīng)系統(tǒng)信號傳輸所不可避免的，研究發(fā)現(xiàn)不同的時滯具有加強同步或去同步的作用，并能夠造成多穩(wěn)態(tài)同步現(xiàn)象。 以上研究結(jié)果有助于揭示和解釋電磁致病的機理，為一些神經(jīng)系統(tǒng)及腦疾