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一类位于加周期分岔中的貌似混沌的随机神经放电节律的识别

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物理学报 2012年第8期61卷 72-81页

作者：古华光惠磊贾冰陕西师范大学物理学与信息技术学院西安710062 陕西师范大学生命科学学院西安710062

识别非周期神经放电节律是混沌还是随机一直是一个重要的科学问题.在神经起步点实验中发现了一类介于周期k和周期k+1(k=1,2)节律之间非周期自发放电节律,其行为是长串的周期k簇和周期k+1簇的交替.确定性理论模型Chay模型展示出了周期k... 详细信息

识别非周期神经放电节律是混沌还是随机一直是一个重要的科学问题.在神经起步点实验中发现了一类介于周期k和周期k+1(k=1,2)节律之间非周期自发放电节律,其行为是长串的周期k簇和周期k+1簇的交替.确定性理论模型Chay模型展示出了周期k和周期k+1节律的共存行为.噪声在共存区诱发出了与实验结果类似的非周期节律,说明该类节律是噪声引起的两类簇的跃迁.非线性预报及其回归映射揭示该节律具有确定性机理;将两类簇分别转换为0和1得到一个二进制序列,对该序列进行概率分析获得了两类簇跃迁的随机机理.这不仅说明该节律是具有确定性结构的随机节律而不是混沌,还为深入识别现实神经系统的混沌和随机节律提供了典型示例和有效方法.

关键词：混沌随机节律神经放电加周期分岔

神经放电加周期分岔中由随机自共振引起一类新节律

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生物物理学报 2004年第6期20卷 465-470页

作者：杨明浩古华光李莉刘志强任维航天医学工程研究所北京100094

当改变实验性神经起步点细胞外[Ca2+]时,放电节律表现出从周期1节律转换为周期4节律的加周期分岔序列。其中,周期n节律转换为周期n+1节律的过程中(n=1,2,3)存在一种新的具有交替特征的节律,该新节律为周期n簇与周期n+1簇放电的交替,并... 详细信息

当改变实验性神经起步点细胞外[Ca2+]时,放电节律表现出从周期1节律转换为周期4节律的加周期分岔序列。其中,周期n节律转换为周期n+1节律的过程中(n=1,2,3)存在一种新的具有交替特征的节律,该新节律为周期n簇与周期n+1簇放电的交替,并且周期n+1簇的时间间隔序列呈现出整数倍特征。确定性神经放电理论模型(Chay模型)只能模拟周期n节律直接到周期n+1节律的加周期分岔序列;而随机Chay模型可以模拟实验中的加周期分岔过程和新节律。进一步,新节律被确认是经随机自共振机制产生的。这不仅解释了实验现象,也将随机自共振的产生区间从以前认识到的Hopf分岔点附近扩大到加周期分岔点附近,同时扩大了噪声在神经放电和神经编码中起重要作用的参数区间。

关键词：神经放电峰峰间期加周期分岔随机自共振整数倍节律

神经放电节律加周期分岔序列中的簇放电到峰放电的转迁

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生物物理学报 2010年第1期26卷 61-72页

作者：赵小燕宋绍丽魏春玲古华光任维陕西师范大学生命科学学院

含快慢子系统的神经元数学模型仿真预期,神经放电节律经历加周期分岔序列,可以进一步表现激变,并通过逆倍周期分岔级联进入周期1峰放电。实验调节胞外钙离子浓度,观察到从周期1簇放电开始的带有随机节律的加周期分岔到簇内有多个峰的簇... 详细信息

含快慢子系统的神经元数学模型仿真预期,神经放电节律经历加周期分岔序列,可以进一步表现激变,并通过逆倍周期分岔级联进入周期1峰放电。实验调节胞外钙离子浓度,观察到从周期1簇放电开始的带有随机节律的加周期分岔到簇内有多个峰的簇放电,再经激变转迁到峰放电节律的分岔序列,提供了这种分岔序列模式实验证据。实验所见之激变表现为簇放电节律的休止期消失,放电节律变为混沌峰放电和周期峰放电。作者利用随机Chay模型更加逼真地仿真再现了实验所见的分岔序列。该实验结果验证了以前的确定性数学模型的理论预期,并利用随机理论模型仿真了其在现实神经系统的表现;揭示了一类完整的神经放电节律的转换规律。

关键词：神经放电簇放电峰放电加周期分岔激变

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神经放电节律的不同复杂分岔序列的实验研究

中国科学：物理学、力学、天文学 2013年第4期43卷 518-523页

作者：贾冰古华光宋绍丽同济大学航空航天与力学学院上海200092

神经放电节律在参数空间的分岔结构不仅是重要的动力学问题,对于揭示神经信息编码也具有重要的意义.在大鼠损伤坐骨神经模型,研究了不同K+通道阻断剂的浓度下神经自发放电随Ca2+浓度变化的分岔序列规律.结果发现,包含节律模式种类较少... 详细信息

神经放电节律在参数空间的分岔结构不仅是重要的动力学问题,对于揭示神经信息编码也具有重要的意义.在大鼠损伤坐骨神经模型,研究了不同K+通道阻断剂的浓度下神经自发放电随Ca2+浓度变化的分岔序列规律.结果发现,包含节律模式种类较少的简单分岔序列可以与包含多类周期和混沌的复杂分岔序列相互转换,复杂分岔序列之间也可以转换.分岔点附近的混沌节律的不同是识别分岔序列不同的主要标志.研究结果不仅丰富了神经放电的非线性动力学现象,也会为建立神经放电在参数空间的分岔序列结构进而揭示神经编码机制提供帮助.

关键词：分岔神经放电混沌节律簇放电峰放电

神经放电的一类随机节律和阵发混沌节律的动力学机制研究

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神经放电的一类随机节律和阵发混沌节律的动力学机制研究

作者：惠磊陕西师范大学

学位级别：硕士

最近几十年,神经科学和非线性科学相互融合渗透,形成了新兴的神经动力学。神经系统呈现出了多种的非线性动力学行为,而在神经动力学里其电活动也起到了举足轻重的作用。神经系统通过丰富的神经放电节律来接收、传递和加工信息。周期、... 详细信息

最近几十年,神经科学和非线性科学相互融合渗透,形成了新兴的神经动力学。神经系统呈现出了多种的非线性动力学行为,而在神经动力学里其电活动也起到了举足轻重的作用。神经系统通过丰富的神经放电节律来接收、传递和加工信息。周期、混沌、随机神经放电节律都是神经放电的一般基本形式,因此,识别非周期神经放电节律是混沌还是随机一直是一个重要的科学问题。本文以非线性动力学的理论为基础,将数学,物理学与生命科学的知识相结合,搭建理论模型,运用计算机数值模拟仿真的方法,研究了一类位于加周期分岔中的貌似混沌的随机神经放电节律,经过分析揭示了此类节律所具有的确定性机制和随机性机制,还研究了阵发混沌神经簇放电与峰放电的非光滑性,通过将其与典型的Ⅰ型和Ⅴ型阵发作比较,以此揭示其自身非光滑性的特点。第1章首先介绍了非线性科学的概念和发展以及在神经系统研究中非线性动力学的应用;其次讲述了混沌理论的研究现状与进展,还有在神经系统中关于混沌的研究,包括国内学者的研究对神经放电中混沌的发展也起到了巨大的推动作用;最后概括介绍了本文的研究内容。第2章介绍了本文的一些基本概念与基本知识,主要有：可兴奋细胞及其类型,神经元的概念,神经元的结构和类型,神经元动作电位的概念及其产生机制,神经元放电的数学模型,时间序列分析方法,非线性动力学与生物学的对应等。第3章在神经起步点实验中发现了一类介于周期k和周期k+1（k=1,2）节律之间非周期自发放电节律,其行为是长串的周期k簇和周期k+1簇的交替。确定性理论模型Chay模型展示出了周期k和周期k+1节律的共存行为。噪声在共存区诱发出了与实验结果类似的非周期节律,说明了该类节律是噪声引起的两类簇的跃迁。非线性预报及其回归映射揭示该节律具有确定性机制;将两类簇分别转换为0和1得到一个二进制序列,对该序列进行概率分析获得了两类簇跃迁的随机机制。这说明此节律是具有确定性结构的随机节律而不是混沌。第4章选取了确定性Chay模型在固定参数下,采用数值仿真的方法来研究周期3阵发混沌神经簇放电和峰放电的非光滑特性。通过分别计算两种阵发混沌首次,三次回归映射的导数和平均层流相长度,利用最小二乘法进行线性拟合,并将这两种阵发混沌的标度率与光滑系统产生的Ⅰ型阵发和非光滑系统产生的V型阵发进行比较,发现其标度率介于Ⅰ型阵发与Ⅴ型阵发之间。第5章给出了本文的结论。

关键词：神经放电阵发混沌随机节律非光滑性时间序列分析标度率

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由三态跃迁机制产生的两种神经放电节律

生物物理学报 2011年第8期27卷 703-711页

作者：崔睿王姗姗李晋王栋刘一辉任维陕西师范大学生命科学学院

在实验性神经起步点自发放电中,发现了两种三态跃迁节律,其特征为静息、周期n及周期n+1(n=1,2)簇放电随机交替出现。应用随机Chay模型数值仿真,分别得到了与实验模型中相似的两种三态跃迁节律,这两种节律都是在两个紧邻的分岔点附近,由... 详细信息

在实验性神经起步点自发放电中,发现了两种三态跃迁节律,其特征为静息、周期n及周期n+1(n=1,2)簇放电随机交替出现。应用随机Chay模型数值仿真,分别得到了与实验模型中相似的两种三态跃迁节律,这两种节律都是在两个紧邻的分岔点附近,由噪声驱动而产生的。理论分析提示,当神经元系统接近从静息经分岔到放电的临界状态,且从静息到周期n的分岔点,与从周期n到周期n+1的分岔点非常接近时,在噪声的作用下,系统运动会在静息、周期n和周期n+1三种状态之间随机跃迁,从而形成了这种三态跃迁节律。基于这种三态跃迁放电的随机共振,还有待进一步深入研究。

关键词：动态跃迁随机Chay模型分岔神经放电

大鼠神经源性肺水肿时交感神经放电活动、血浆儿茶酚胺含量及肺表面活性物质的改变

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生理学报 1990年第5期42卷 490-495页

作者：陈满清张亚霏石一鸣姚定方钟纪根第二军医大学病理生理教研室

红藻氨酸(kainic acid,KA)注入大鼠双侧下丘脑外侧视前区(POA)复制神经源性肺水肿(NPE),观察左侧交感神经肾上腺支放电活动,测定血浆儿茶酚胺含量及肺泡灌洗液中肺表面活性物质(pulmonary surfactant,PS)物理特性变化。大鼠 POA 注入 KA... 详细信息

红藻氨酸(kainic acid,KA)注入大鼠双侧下丘脑外侧视前区(POA)复制神经源性肺水肿(NPE),观察左侧交感神经肾上腺支放电活动,测定血浆儿茶酚胺含量及肺泡灌洗液中肺表面活性物质(pulmonary surfactant,PS)物理特性变化。大鼠 POA 注入 KA 后交感神经放电频率迅速增加,(?)O和60min 时分别增加22.8±7.2%和32.2±8.0%。血浆儿茶酚胺含量增高,在30和60min 时最明显。PS 物理特性也有变化,最大表面张力降低,最小表面张力升高,回弹系数及稳定系数均下降,迟滞环面积缩小。实验结果表明:早期即有 PS 活性变化,交感神经神经放电活动和血浆儿茶酚胺含量变化在时间上相平行。这种神经源性肺水肿的发生可能与下丘脑水平自主神经功能紊乱、交感神经发放增加、血浆儿茶酚胺增多有关,PS 表面活性下降也有一定作用。

关键词：肺水肿神经放电儿茶酚胺 KA

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兔膈神经放电的高频振荡与吸气时程的关系

生理学报 1982年第1期34卷 49-54页

作者：潘令和詹文志张镜如上海第一医学院生理学教研室

在32例清醒、双侧颈迷走神经切断、肌肉松弛的家兔,记录膈神经的吸气放电,观察了高频振荡(HFO)与吸气时程(T_I)之间的关系。静脉注射可拉明、纳洛酮和氯丙嗪均能使 HFO 频率增加,T_I 缩短,但可拉明使呼气时程(T_E)缩短,纳洛酮不影响 T_E... 详细信息

在32例清醒、双侧颈迷走神经切断、肌肉松弛的家兔,记录膈神经的吸气放电,观察了高频振荡(HFO)与吸气时程(T_I)之间的关系。静脉注射可拉明、纳洛酮和氯丙嗪均能使 HFO 频率增加,T_I 缩短,但可拉明使呼气时程(T_E)缩短,纳洛酮不影响 T_E,而氯丙嗪使 T_E 延长。静脉注射吗啡能使 HFO 频率减少,T_I 及 T_E 延长。电剠激眶下神经,能使 HFO 频率增高,T_I 缩短。在增大每分通气量或动物麻醉以致 HFO 消失时,T_I 变得不稳定。以上结果提示HFO 频率与 T_I 之间有密切关系,HFO 频率越高,T_I 越短;增大通气量或动物麻醉以致HFO 消失时,T_I 变得不稳定。

关键词： HFO 神经放电高频振荡静脉注射可拉明吗啡阿片时程分钟通气量兴奋性应激性眶下神经潮气量吸气中枢纳洛酮呼吸抑制

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刺激兔皮层感觉运动区引起的膈神经放电效应

生理学报 1982年第3期34卷 267-275页

作者：詹文志张镜如上海第一医学院生理学教研室

在53例清醒、肌肉麻痹、切断迷走神经的家兔,刺激对侧皮层感觉运动区引起膈神经上的放电效应包括两种不同成分。第一效应指紧接刺激发生的放电变化。在呼气相刺激时,第一效应表现为短暂的放电;在吸气相刺激时,则表现为放电的抑制。士的... 详细信息

在53例清醒、肌肉麻痹、切断迷走神经的家兔,刺激对侧皮层感觉运动区引起膈神经上的放电效应包括两种不同成分。第一效应指紧接刺激发生的放电变化。在呼气相刺激时,第一效应表现为短暂的放电;在吸气相刺激时,则表现为放电的抑制。士的宁刺激较易在呼气相引起第一效应,电刺激较易在吸气相引起第一效应。在 C2切断同侧背外侧束可使第一效应消失,提示第一效应经皮层脊髓束和皮层红核脊髓束下行。第二效应指刺激后呼吸周期放电的变化。不论是在呼气相或吸气相刺激,第二效应均表现为吸气放电的提前出现、吸气时程和呼气时程的缩短。同时记录延髓孤束区单位放电与膈神经放电时,两者放电均有表现一致的第二效应。在 C2切断同侧背外侧束,不影响第二效应的出现;完全切断同侧脊髓,则膈神经放电消失,但不影响孤東区的第二效应。以上结果说明,皮层控制膈运动神经元有两条途径,一条是皮层直接下达脊髓的途径,另一条是间接通过脑干呼吸中枢下达脊髓的途径;皮层直接下达脊髓的通路,既可兴奋也可抑制膈运动神经元的活动。

关键词：皮层薄壁组织隔神经神经放电兔皮