经颅磁声刺激作用下神经元网络的去同步研究

来源 :燕山大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lang19870311
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以癫痫为代表的神经类疾病是一类严重危害人民群众身心健康的疾病,疾病发作的原因与大量神经元的异常同步放电有直接关系。经颅磁声刺激(Transcranial Magneto-Acoustical Stimulation,TMAS)是一种新型脑神经刺激技术,具有非侵入、穿透深度大和精确度高等优点。但是目前由于对其治疗机制认识不清,限制了该技术的应用。基于此,本文建立了HR(Hindmarsh-Rose)耦合神经元系统模型,通过计算机数值模拟的方法研究了经颅磁声刺激控制耦合神经元系统去同步的作用机制,通过构建去同步指数评估了不同参数对经颅磁声刺激去同步效果的影响。本论文主要工作如下:首先,使用Simulink建立了耦合神经元模型,使用数值模拟的方法得到了不同参数下经颅磁声刺激作用下耦合神经元去同步的结果。在对结果进行统计分析后发现:经颅磁声刺激可以消除耦合神经元间的异常同步放电,且刺激强度越大,系统的去同步效果越好。但刺激强度过大,可能导致神经元放电模式发生改变。耦合神经元对调制波周期和调制波占空比具有选择性,耦合神经元只对特定的调制波周期和调制波占空比敏感。然后,将研究对象扩展到神经元网络,通过计算机数值模拟的方法研究了经颅磁声刺激作用下小世界神经元网络的去同步问题。统计结果发现:耦合强度和加边概率是影响网络同步化的重要因素;在使用经颅磁声刺激对神经元网络中部分神经元(10%)进行刺激后,处于同步状态的神经元网络可转化为去同步状态;不论其他参数如何变化,经颅磁声刺激强度的增加,都有助于神经元网络实现去同步化。耦合强度较小的网络,更容易实现去同步。同时,神经元网络对经颅磁声刺激的调制波周期和调制波占空比具有选择性,在其他参数不变的情况下,特定的周期和占空比可以使网络去同步最大化。最后,针对实验结果,对耦合神经元去同步和神经元网络去同步作了综合研究。研究发现:耦合神经元去同步是神经元网络去同步的基础,二者存在较多相同点。他们的动作电位幅值都不会随经颅磁声刺激的参数变化而发生改变;耦合神经元和神经元网络都对经颅磁声刺激的调制波周期和调制波占空比具有选择性。同时研究还发现神经元网络实现同步化需要比耦合神经元更大的耦合强度;神经元网络去同步的最佳调制波周期与耦合神经元去同步的最佳调制波周期具有一定的差异。实验结果表明,刺激强度的增大有助于耦合系统的去同步,但刺激强度会过大则会导致神经元放电模式发生变化。在其他参数不变的情况下,存在最佳的调制波周期和调制波占空比。本文对于探索经颅磁声刺激治疗神经变性疾病的治疗机制具有积极意义,并且能够为其应用于临床提供一定的理论指导。
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