神经元网络群体放电的相干共振和动力学模拟

基本信息
批准号:11274271
项目类别:面上项目
资助金额:70.00
负责人:应和平
学科分类:
依托单位:浙江大学
批准年份:2012
结题年份:2016
起止时间:2013-01-01 - 2016-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:黄坚,刘贵泉,邓志刚,钟伟,郭玮,方李芝
关键词:
相干共振神经元网络约瑟夫森结螺旋波同步因子
结项摘要

In this project, the formation and phase transitions of spatiotemporal pattern for collective electric activities of neurons in the coupled networks will be investigated numerically based on the theory of nonlinear dynamics. The study starts from abnormal collective electric activities in the network of neurons with a feasible model,eg.the resonant circuit coupled with Josephson Junction which can produce the biological electric activities of neurons while the external electromagentic field input. The regulation of controllable parameters on the fluctuation of membrane potentials of neurons will be measured to explore the correlations between particular spatiotemporal pattern and epilepsia behavior, and show the reason of the transient coma induced by poisioning of ion channel. Then it is expected that the study can characterize the potential mechanism of information propragation of spiral waves in breaking through the quiescent area or dysfunction domain, in order to find the relevant relations with facts of occurrence of coherence resonance,the conductance of sodium and potassium on the factors of bifurcation parameters and temperature effect of gliacyte and membrane. Finally the significance of the project rests with that the systematical investigation will show the response mechanism of abnormal collective electric activities and the process of the information encoding in the neuron networks for the human race. We hope that the reuslts of the project will be excited as the evidence how to prevent or cure of the relevant neuronal diseases clued somewhat under our interdisciplinary studies associated with the fields of condensed matter physics and biophysics.

以非线性动力学理论和数值模拟的方法对耦合神经元网络中神经元群体放电的时空斑图的诱发和转变等方面展开研究。课题工作拟从可模拟神经元生物放电特性和外界电磁场效应的模型,如约瑟夫森结谐振电路等出发,来构建耦合网络,并研究神经元网络异常放电行为。希望通过数值以及解析研究确认可控参数对于放电行为的调控过程,解释特征时空斑图与癫痫等神经性疾病的关联,及研究神经性中毒引起的短暂昏迷现象;相关成果能够表征实验所发现的大脑皮层神经元放电展现的螺旋波在突破非激发区或功能障碍区传递信息的过程,认识神经元网络中各类分岔参数、离子电导、胶质细胞及神经元膜温度因子对神经元网络中神经元群体动力学行为影响和相干共振行为。从而,较深刻地认识脑神经元网络群体异常放电编码在各类分岔参数调制下的响应机制,理解生命过程中特征物理量的作用和动力学变化规律。本项目属于生命现象中的凝聚态相关问题与生物物理学的交叉学科。

项目摘要

本项目以非线性动力学理论和数值模拟的方法对耦合神经元网络中神经元群体时空斑图的诱发和转变、一般激发介质中螺旋波的生成、控制策略等方面展开研究。基于WEH效应,提出通过旋转电场来控制心肌神经组织中的湍流的新方法,并且发现这种方法相对与传统的电击和脉冲具有多方面的优势;提出在可激发系统中用竞争光照以及局域起搏控制螺旋波的漂移特性;研究了分布式电流刺激下神经元网络中靶波涌现问题,并且阐明了内在机理;对神经元外场刺激的做了定量刻画, 提出人工缺陷和局部离子通道中毒阻挡行波诱发螺旋波, 及神经元网络中螺旋波诱发机制;揭示了心肌收扩运动对受钉扎螺旋波动力学性质的影响;发现了旋转电场(REF)从异质缺陷上激发兴奋波的REF-WEH新效应,提出该效应能高效地应用与控制心颤和心动过速的新机制;研究了三维心肌中存在梯度的卷波动力学动力学行为。这些结果促进了耦合神经元网络中时空版图动力学行为的理解,丰富了心肌组织中心律失常的控制策略。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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