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基于分岔理论的突触可塑性对神经群动力学特性调控规律研究

夏小飞 王俊松

基于分岔理论的突触可塑性对神经群动力学特性调控规律研究

夏小飞, 王俊松
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  • 神经群模型是典型的非线性系统,具有丰富而复杂的动力学行为模式. 神经群兴奋性和抑制性突触具有可塑性,并对神经群动力学特性具有重要调控作用,研究突触可塑性对神经群动力学特性的调控规律具有重要意义. 本文基于分岔理论,通过神经群模型兴奋性和抑制性突触增益的余维一分岔分析,分别给出了神经群运行于单稳、双稳、正常和异常极限环振荡状态的兴奋性和抑制性突触增益的单参数区间;进而通过兴奋性和抑制性突触增益的余维二分岔分析给出了神经群运行于上述多种状态的双参数区域. 上述结果定量剖析了兴奋性与抑制性突触可塑性及二者的相互作用对神经群动力学特性的调控规律,揭示了兴奋性与抑制性的动态平衡在神经电活动调控中所扮演的关键角色,仿真结果验证了分岔分析的正确性. 本文的研究对理解突触可塑性在脑功能的维持及各种神经疾病的诱发机制中所扮演的角色具有重要参考价值.
    • 基金项目: 国家自然科学基金重大研究计划(培育项目)(批准号:91132722)和天津医科大学科学研究基金(批准号:088-201201)资助的课题.
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出版历程
  • 收稿日期:  2013-12-22
  • 修回日期:  2014-04-02
  • 刊出日期:  2014-07-05

基于分岔理论的突触可塑性对神经群动力学特性调控规律研究

  • 1. 天津医科大学生物医学工程学院, 天津 300070;
  • 2. 约翰霍普金斯大学神经科学系, 巴尔的摩 21218, 美国
    基金项目: 

    国家自然科学基金重大研究计划(培育项目)(批准号:91132722)和天津医科大学科学研究基金(批准号:088-201201)资助的课题.

摘要: 神经群模型是典型的非线性系统,具有丰富而复杂的动力学行为模式. 神经群兴奋性和抑制性突触具有可塑性,并对神经群动力学特性具有重要调控作用,研究突触可塑性对神经群动力学特性的调控规律具有重要意义. 本文基于分岔理论,通过神经群模型兴奋性和抑制性突触增益的余维一分岔分析,分别给出了神经群运行于单稳、双稳、正常和异常极限环振荡状态的兴奋性和抑制性突触增益的单参数区间;进而通过兴奋性和抑制性突触增益的余维二分岔分析给出了神经群运行于上述多种状态的双参数区域. 上述结果定量剖析了兴奋性与抑制性突触可塑性及二者的相互作用对神经群动力学特性的调控规律,揭示了兴奋性与抑制性的动态平衡在神经电活动调控中所扮演的关键角色,仿真结果验证了分岔分析的正确性. 本文的研究对理解突触可塑性在脑功能的维持及各种神经疾病的诱发机制中所扮演的角色具有重要参考价值.

English Abstract

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