基于相響應(yīng)的神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)同步的優(yōu)化控制.pdf

1、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的同步在大腦的信息處理,認(rèn)知,記憶和情感等方面發(fā)揮著重要的作用。而大腦特定區(qū)域神經(jīng)元的異常同步放電是導(dǎo)致神經(jīng)精神疾病的原因之一,比如,大腦丘腦和基底核區(qū)域的神經(jīng)元過度同步放電與神經(jīng)系統(tǒng)疾病-帕金森病緊密相關(guān),海馬區(qū)神經(jīng)元的同步與癲癇疾病相關(guān)等。深度腦刺激可以通過電刺激調(diào)節(jié)神經(jīng)集群的同步來對這類疾病進(jìn)行治療。但目前開環(huán)的深度腦刺激還存在諸多缺陷,因此研究神經(jīng)集群的同步特性及同步的控制對疾病的治療具有重要意義。
　　本文以M

2、orris-Lecar模型和能建模帕金森病的跨臨界模型為對象,通過神經(jīng)元的相響應(yīng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)同步的分析,得出了依賴于相響應(yīng)的同步規(guī)律,揭示了神經(jīng)元的固有屬性對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)同步的影響機(jī)理;并以簡化的神經(jīng)元相模型為基礎(chǔ),提出了改變神經(jīng)元放電時刻的相重置控制和對神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行去同步的能量最優(yōu)控制,為神經(jīng)疾病的治療提供了重要的理論指導(dǎo)。本論文的研究內(nèi)容主要包括以下三個部分:
　　首先研究單個周期峰放電神經(jīng)元的相響應(yīng)特征,根據(jù)參數(shù)對神經(jīng)元相響應(yīng)的

3、影響進(jìn)而對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)同步的影響,得出與相響應(yīng)曲線形狀對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)同步特性。研究發(fā)現(xiàn)外部刺激下既有相提前也有相滯后特性的神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的同步指數(shù)要高于僅有相提前的神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的同步指數(shù);接下來研究了化學(xué)突觸耦合對周期峰放電神經(jīng)元相響應(yīng)的影響,發(fā)現(xiàn)耦合對神經(jīng)元相響應(yīng)的影響取決于耦合類型和耦合相差,得出了神經(jīng)元從耦合到同步的動態(tài)過程。
　　其次研究單個周期簇放電神經(jīng)元的相響應(yīng),發(fā)現(xiàn)神經(jīng)元的簇相響應(yīng)對簇內(nèi)放電時刻具有極大的敏感性,并用數(shù)學(xué)的方法證明

4、了這種對應(yīng)關(guān)系,數(shù)值仿真結(jié)果表明具有不同簇相響應(yīng)的神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的簇相同步也不同。
　　最后,基于對神經(jīng)元的相響應(yīng)和同步的分析,提出了改變神經(jīng)元放電時刻的相重置控制策略。并以神經(jīng)元的相模型為對象,提出了離散確定性系統(tǒng)去同步的動態(tài)規(guī)劃能量最優(yōu)控制;將強(qiáng)化學(xué)習(xí)中經(jīng)典的Q-learning算法與人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合,解決了連續(xù)隨機(jī)系統(tǒng)去同步的能量最優(yōu)控制。仿真結(jié)果證明了控制的有效性。
　　本論文利用單神經(jīng)元的相響應(yīng)特征建立了神經(jīng)元的固有屬