Spiking patterns of a hippocampus model in electric fields

We develop a model of CA3 neurons embedded in a resistive array to mimic the effects of electric fields from a new perspective. Effects of DC and sinusoidal electric fields on firing patterns in CA3 neurons are investigated in this study. The firing patterns can be switched from no firing pattern to burst or from burst to fast periodic firing pattern with the increase of DC electric field intensity. It is also found that the firing activities are sensitive to the frequency and amplitude of the sinusoidal electric field. Different phase-locking states and chaotic firing regions are observed in the parameter space of frequency and amplitude. These findings are qualitatively in accordance with the results of relevant experimental and numerical studies. It is implied that the external or endogenous electric field can modulate the neural code in the brain. Furthermore, it is helpful to develop control strategies based on electric fields to control neural diseases such as epilepsy.     

耦合小世界神经网络的随机共振

噪声广泛存在于生物神经系统中,对系统功能具有重要作用.采用神经元二维映射模型构建一个复杂神经网络,由多个小世界子网络构成,研究了Gaussian白噪声诱导的随机共振现象.研究发现,只有合适的噪声强度才能使神经网络对输入刺激信号的频率响应达到峰值.另外,网络结构对系统随机共振特性有重要影响.在固定的耦合强度下,存在一个最优的局部小世界子网络结构,使得整个系统的频率响应最佳.     

最小神经元模型放电起始动态控制与分析

本文采用最小神经元模型,从生理学角度设计wash-out滤波器,实现了不同放电起始动态机理之间的转换,并证明wash-out滤波器控制通过影响阈下电流的竞争结果改变了神经元的放电起始动态机理. 关键词： 放电起始动态机理 阈下电流竞争 最小神经元模型 wash-out滤波器     

基于复杂度的针刺脑电信号特征提取

为探究针灸刺激对大脑活动产生的影响,文章设计了4种针刺频率针刺右腿足三里穴获取脑电的实验.首次采用排序递归图和关联维数方法提取针刺脑电信号的复杂度参数来反映针刺大脑的功能状态,并基于这些方法研究了针刺作用对大脑功能区域的影响以及不同针刺频率与脑电复杂度的相关性.发现针刺时脑电的复杂度高于针刺前,尤以频率为100次/min的针刺影响最为明显;从FP2, F7, T3导联脑电中提取的确定性指标(DET)可作为区分针刺状态与针刺前状态的一种特征参数. 关键词： 针灸 脑电 排序递归图 关联维数     

针刺足三里的脊髓背根神经电信号非线性特征提取

神经系统在外部刺激下会呈现出丰富的放电模式,针刺作为对穴位的机械作用可以等效为对神经系统的一种外部刺激,在针刺刺激下神经系统会产生不规则的电信号.由于神经系统是高度复杂的非线性动力学系统,神经电信号具有很强的非线性,所以本文设计了提插补法、提插泻法、捻转补法、捻转泻法等四种针刺手法的动物实验,获取针刺大鼠足三里穴位的脊髓背根神经束动作电位序列.采用峰峰间期的思想,应用非线性时间序列的方法分析此动作电位序列,通过计算Lyapunov指数、关联维数以及Lempel-Ziv复杂度等参数,提取神经电信号的非线性特征,得到不同针刺手法的神经电信息的编码;并证明了针刺作用下脊髓背根的神经电信号具有明显的混沌特性. 关键词： 针刺 神经电信号 非线性分析 混沌     

不同手法及频率针刺神经电信号的编码特征提取

神经系统通过时间空间编码的形式表征外部刺激所包含的信息,针刺作为神经系统的一种外部刺激,使神经元产生丰富的放电模式. 为揭示针刺信息传导与作用规律,设计了不同手法以及不同频率的针刺作用足三里时,采集脊髓背根神经电信号的实验.通过对放电波形进行小波特征提取和类选算法把放电波形进行归类,然后提取出不同刺激下的时间编码和空间编码特征. 接着使用平均放电率和编码异质性系数量化了不同针刺刺激下编码的特征. 研究发现捻转法与提插法产生的神经电信号差异较大, 这种差异主要表现在针刺手法对于参与编码神经元的选择性,但对于不同频率的针刺作用, 这种编码选择性并不明显.此外,数据分析中还发现了神经系统对于针刺作用的适应性和饱和特性.     

经颅磁刺激感应外电场作用下最小神经元模型放电起始动态机理分析

经颅磁刺激(TMS)是一种采用电磁线圈在大脑指定区域产生磁场的刺激方式. TMS的治疗原理是通过电磁感应产生作用于神经元的外加电场进而影响神经元编码. 然而目前TMS感应外电场改变神经元编码的内在机理尚不清楚.研究表明, 神经元编码由神经元的放电起始动态机理决定. 本文建立了TMS感应外电场作用下的最小神经元模型, 采用相平面分析和分岔分析方法, 研究了外电场作用下神经元放电起始动态的动力学机理, 并从阈下电位的不同动力学特性离子电流竞争角度揭示了TMS感应外电 场作用下神经元放电起始动态的生理学机理.