基于级联模型的针刺神经编码机制研究

神经系统以神经编码的形式调控机体适应环境变化。神经系统是复杂的非线性系统，目前对于时变刺激下的神经编码机制尚不清楚。研究表明针刺可以等效为对机体的外部时变刺激，针刺诱发的神经电信号具有非线性特征，然而其输入-输出映射关系尚未明确。因此，本项目提出一种新的级联模型研究时变刺激下神经编码机制，进而揭示针刺作用下神经系统的输入-输出映射关系。.通过对Hodgkin-Huxley等电生理模型进行数学解析，得到输入-输出映射关系，建立一种新的基于线性-非线性级联的模型；基于此模型分析刺激、噪声等时变作用下神经元及神经网络的动力学特性；根据得到的针刺实验数据，建立针刺神经级联模型，模拟和预测针刺的神经编码，探索针刺作用规律。

本项目基于Hodgkin-Huxley模型和线性非线性级联模型架构，建立了一种能够反映时变作用下刺激输入——神经响应输出之间映射关系的广义线性模型，结合针刺实验数据，模拟不同针刺作用下的神经编码解码规律，揭示针刺作用下神经系统的输入——输出映射关系。.1、试制针刺输入检测装置。试制了一种能够兼容手针、电针输入的针刺检测装置以及一种LED光针灸控制装置，为研究针刺神经编码机制提供针刺输入量化条件。.2、针刺神经电信息实验设计。依据针刺神经电信号的传导通路，分别设计了针刺足三里穴并在脊髓背根、脊髓背角、丘脑以及大脑皮层等多神经水平层次采集神经电信号的实验，为研究针刺神经编码机制提供大量实验数据基础。.3、建立针刺作用下单神经元的输入——输出之间的映射关系。（1）采用相平面、分岔理论及数值仿真，研究了时变刺激对不同类神经元动态特性的影响；（2）基于Hodgkin-Huxley等模型，建立了广义线性模型GLM；（3）基于所构建的GLM，建立了针刺实验数据驱动下单神经元输入——输出的映射关系，采用最大似然法、贝叶斯估计等方法，探讨了神经系统对针刺的编码解码过程；（4）基于状态空间模型和贝叶斯解码，重构了针刺刺激波形。.4、建立针刺作用下神经元网络的输入——输出之间的映射关系。（1）建立了耦合神经元的广义线性模型，研究了耦合神经元之间的因果连接；（2）建立了针刺实验数据驱动下耦合神经元的输入——输出之间的映射关系，发现神经元之间功能连接的变化可能是导致针刺产生不同效应的原因之一。（3）研究了噪声、突触、异质性、网络结构、输入信号等时变因素对针刺信息在神经元网络传递的影响。.5、针刺神经电信号的特征提取。（1）采用可视图、不规则度等方法对针刺作用下诱发的单神经元活动进行了特征提取，并对手法进行了量化区分；（2）采用AR Burg，多尺度排序递归量化分析、相干估计等多种方法对针刺作用下的脑电信号的能量、复杂度、同步性等进行分析，研究针刺作用对脑功能网络的影响。.6、神经系统辨识与控制。提出了神经系统的参数辨识方法以及同步/去同步控制策略，为今后针刺系统建模研究拓展了新的研究思路。