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高频抑制性刺激诱发混合簇放电:不同动力学的协同作用
1
作者
华洪涛
古华光
《力学学报》
北大核心
2025年第5期1246-1259,共14页
揭示神经簇放电的复杂动力学有助于认识和治疗脑疾病.近期的实验报道,当抑制性中间神经元的放电频率增加时,不是通常认为的压制锥体神经元的电活动,反而是从静息诱发出混合簇放电,包含3个阶段:休止期、簇和高电位/细胞外钾离子浓度([K^(...
揭示神经簇放电的复杂动力学有助于认识和治疗脑疾病.近期的实验报道,当抑制性中间神经元的放电频率增加时,不是通常认为的压制锥体神经元的电活动,反而是从静息诱发出混合簇放电,包含3个阶段:休止期、簇和高电位/细胞外钾离子浓度([K^(+)]_(o))的去极化阻滞,涉及多环节的复杂动力学,与偏头痛和癫痫有关.文章用理论模型揭示了这些不同动力学的协同作用.首先,揭示了高频放电即短放电周期诱发强抑制性突触流的快慢动力学:作用到锥体神经元的突触门控在短放电周期内不能衰减到0,诱发强的抑制性突触流.其次,揭示了强抑制性突触流引起电活动穿越对应低[K^(+)]_(o)的负阈值进而引起混合簇,不同于强兴奋性诱发簇放电的正阈值.再次,揭示了混合簇放电在3阶段转迁的双参分岔机制,包括不变环上的鞍结、Hopf和鞍结分岔曲线.最后,揭示了引起高电位/[K^(+)]_(o)产生的簇阶段的膜电位、放电率与[K^(+)]_(o)同时抬升的正反馈的极限环和分岔机制.研究结果揭示了多类动力学的联合作用,完善了混合簇放电及脑疾病的不同诱发机制,为消除簇放电服务于脑疾病治疗提供理论支持.
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关键词
混合簇放电
分岔
阈值
快慢变量分解
抑制性神经元
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职称材料
基于阈值控制策略的Filippov Chay神经元动力学及其耦合同步
被引量：
1
2
作者
安新磊
任雁澜
《力学学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024年第4期1068-1087,共20页
细胞内外带电离子的连续泵送和传递产生的电磁感应效应对神经元的电活动及模态转换会产生一定的影响,促使其展现出更加丰富的放电特性.文章基于电磁感应影响下的Chay神经元模型,引入了一种以膜电压为阈值的不连续控制策略,建立了相应的F...
细胞内外带电离子的连续泵送和传递产生的电磁感应效应对神经元的电活动及模态转换会产生一定的影响,促使其展现出更加丰富的放电特性.文章基于电磁感应影响下的Chay神经元模型,引入了一种以膜电压为阈值的不连续控制策略,建立了相应的Filippov Chay神经元模型,探究了在阈值控制策略影响下的神经元放电节律转迁及相应的边界运动.首先,对系统的边界动力学及滑膜动力学进行了理论分析.其次,利用单双参数分岔图探究了系统多样的放电模式.再次,结合Matcont仿真及稳定性理论详细分析了系统的平衡点及其稳定性,并且利用快慢动力学分析法进一步研究了在阈值影响下所产生的滑膜动力学及各种边界运动的切换.最后,通过电突触耦合,对不同阈值条件下耦合神经元的同步问题进行了讨论.数值仿真结果表明,在阈值的调控下Filippov Chay系统会产生滑膜放电活动及相应的穿越运动和擦边运动,同时其放电周期数也会随着阈值呈现出不同的变化规律,且对于不同阈值下的电耦合情况而言,在系统实现完全同步后都会稳定在周期数较低的放电态.以上所得结果有助于更好地理解神经元滑膜的相关控制,对进一步探究生物神经系统中复杂放电活动和信息处理的动力学行为提供了一定的帮助.
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关键词
Filippov神经元
阈值控制
滑膜动力学
切换运动
快慢动力学分析
耦合同步
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职称材料
题名
高频抑制性刺激诱发混合簇放电:不同动力学的协同作用
1
作者
华洪涛
古华光
机构
河南科技学院数学科学学院
同济大学航空航天与力学学院
出处
《力学学报》
北大核心
2025年第5期1246-1259,共14页
基金
国家自然科学基金资助项目(12372063,12072236)。
文摘
揭示神经簇放电的复杂动力学有助于认识和治疗脑疾病.近期的实验报道,当抑制性中间神经元的放电频率增加时,不是通常认为的压制锥体神经元的电活动,反而是从静息诱发出混合簇放电,包含3个阶段:休止期、簇和高电位/细胞外钾离子浓度([K^(+)]_(o))的去极化阻滞,涉及多环节的复杂动力学,与偏头痛和癫痫有关.文章用理论模型揭示了这些不同动力学的协同作用.首先,揭示了高频放电即短放电周期诱发强抑制性突触流的快慢动力学:作用到锥体神经元的突触门控在短放电周期内不能衰减到0,诱发强的抑制性突触流.其次,揭示了强抑制性突触流引起电活动穿越对应低[K^(+)]_(o)的负阈值进而引起混合簇,不同于强兴奋性诱发簇放电的正阈值.再次,揭示了混合簇放电在3阶段转迁的双参分岔机制,包括不变环上的鞍结、Hopf和鞍结分岔曲线.最后,揭示了引起高电位/[K^(+)]_(o)产生的簇阶段的膜电位、放电率与[K^(+)]_(o)同时抬升的正反馈的极限环和分岔机制.研究结果揭示了多类动力学的联合作用,完善了混合簇放电及脑疾病的不同诱发机制,为消除簇放电服务于脑疾病治疗提供理论支持.
关键词
混合簇放电
分岔
阈值
快慢变量分解
抑制性神经元
Keywords
mixed-mode bursting
bifurcation
threshold
fast-slow variable dissection
inhibitory neurons
分类号
O322 [理学—一般力学与力学基础]
O424 [理学—声学]
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职称材料
题名
基于阈值控制策略的Filippov Chay神经元动力学及其耦合同步
被引量：
1
2
作者
安新磊
任雁澜
机构
兰州交通大学数理学院
出处
《力学学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024年第4期1068-1087,共20页
基金
国家自然科学基金(11962012)
甘肃省自然科学基金(23JRRA861)资助项目。
文摘
细胞内外带电离子的连续泵送和传递产生的电磁感应效应对神经元的电活动及模态转换会产生一定的影响,促使其展现出更加丰富的放电特性.文章基于电磁感应影响下的Chay神经元模型,引入了一种以膜电压为阈值的不连续控制策略,建立了相应的Filippov Chay神经元模型,探究了在阈值控制策略影响下的神经元放电节律转迁及相应的边界运动.首先,对系统的边界动力学及滑膜动力学进行了理论分析.其次,利用单双参数分岔图探究了系统多样的放电模式.再次,结合Matcont仿真及稳定性理论详细分析了系统的平衡点及其稳定性,并且利用快慢动力学分析法进一步研究了在阈值影响下所产生的滑膜动力学及各种边界运动的切换.最后,通过电突触耦合,对不同阈值条件下耦合神经元的同步问题进行了讨论.数值仿真结果表明,在阈值的调控下Filippov Chay系统会产生滑膜放电活动及相应的穿越运动和擦边运动,同时其放电周期数也会随着阈值呈现出不同的变化规律,且对于不同阈值下的电耦合情况而言,在系统实现完全同步后都会稳定在周期数较低的放电态.以上所得结果有助于更好地理解神经元滑膜的相关控制,对进一步探究生物神经系统中复杂放电活动和信息处理的动力学行为提供了一定的帮助.
关键词
Filippov神经元
阈值控制
滑膜动力学
切换运动
快慢动力学分析
耦合同步
Keywords
Filippov neuron
threshold control
sliding mode dynamics
switching motions
fast-slow variable dissection
coupling synchronization
分类号
O415.6 [理学—理论物理]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
高频抑制性刺激诱发混合簇放电:不同动力学的协同作用
华洪涛
古华光
《力学学报》
北大核心
2025
0
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职称材料
2
基于阈值控制策略的Filippov Chay神经元动力学及其耦合同步
安新磊
任雁澜
《力学学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024
1
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职称材料
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