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耦合前包钦格复合体神经元中复杂混合簇放电的动力学

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物理学报 2021年第12期70卷 30-40页

作者：赵雅琪刘谋天赵勇段利霞北方工业大学理学院北京100144 广东技术师范大学数学与系统科学学院广州510665

位于新生和成年哺乳动物延髓腹外侧区的前包钦格复合体被认为是呼吸节律产生的中枢.正常状态下呼吸节律是均匀而整齐的,而病理状态下呼吸节律会发生变化,因此研究呼吸节律产生的动力学机制及其控制有重要意义.本文基于前包钦格复合体中... 详细信息

位于新生和成年哺乳动物延髓腹外侧区的前包钦格复合体被认为是呼吸节律产生的中枢.正常状态下呼吸节律是均匀而整齐的,而病理状态下呼吸节律会发生变化,因此研究呼吸节律产生的动力学机制及其控制有重要意义.本文基于前包钦格复合体中胞体-树突耦合神经元模型,利用相平面分析、分岔分析、快慢动力学分析以及ISI(峰峰间期)分岔序列等方法,研究了在钙离子动力学及LIP3(内质网泄漏渗透率)的影响下,LIP3的变化对耦合前包钦格复合体神经元放电节律的重要影响,并研究了模型中反相簇放电的模式及其转迁机制.结果表明,钙的周期性波动是混合簇放电产生的关键因素,但不是混合簇放电产生的必要条件.本文的研究方法也可以应用于其他多时间尺度的神经系统中.

关键词：前包钦格复合体混合簇放电分岔快慢分析

一类三维非线性系统的复杂簇发振荡行为及其机理

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力学学报 2020年第6期52卷 1789-1799页

作者：马新东姜文安张晓芳韩修静毕勤胜江苏大学土木工程与力学学院江苏镇江212013 江苏科技大学船舶与海洋工程学院江苏镇江212003

由多时间尺度耦合效应引起的簇发振荡行为是非线性动力学研究的重要课题之一.本文针对一类参数激励下的三维非线性电机系统(该系统可以描述两种自激同极发电机系统的动力学行为,两种系统在数学上等效),研究了当参数激励频率远小于系统... 详细信息

由多时间尺度耦合效应引起的簇发振荡行为是非线性动力学研究的重要课题之一.本文针对一类参数激励下的三维非线性电机系统(该系统可以描述两种自激同极发电机系统的动力学行为,两种系统在数学上等效),研究了当参数激励频率远小于系统自然频率时的各种复杂簇发振荡行为及其产生机理.通过快慢分析方法,将参数激励作为慢变参数,得到了非自治系统对应的广义自治系统及快子系统和慢变量,并给出了快子系统的稳定性和分岔条件以及系统关于典型参数的单参数分岔图.借助转换相图与分岔图的叠加,分析了对称式delayed subHopf/fold cycle簇发振荡的产生机理及其动力学转迁,即delayed subHopf/fold cycle簇发振荡、焦点/焦点型对称式叉形分岔滞后簇发振荡和焦点/焦点型叉形分岔滞后簇发振荡.研究结果表明,系统会出现两种不同的分岔滞后形式,一种是亚临界Hopf分岔滞后,另一种是叉形分岔滞后,而且控制参数显著影响平衡点的稳定性和分岔滞后区间的宽度.同时初始点的选取则会影响系统动力学行为的对称性.本文的研究进一步加深了对由分岔滞后引起的簇发振荡的认识和理解.

关键词：三维非线性系统簇发振荡快慢分析 Hopf分岔滞后叉形分岔滞后

耦合pre-Bötzinger复合体中放电模式的动力学分析

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动力学与控制学报 2022年第2期20卷 22-35页

作者：齐会如段利霞徐浩北方工业大学理学院北京100144

混合簇放电是实验中发现的一种特殊的放电活动,其特点是在每个周期内有两种或多种不同类型的短簇放电模式,涉及极为复杂的动力学特征.运用相平面分析、快慢分析、ISI(峰峰间期)分岔序列、单参数和双参数分岔分析等方法,探究了pre-Bötzin... 详细信息

混合簇放电是实验中发现的一种特殊的放电活动,其特点是在每个周期内有两种或多种不同类型的短簇放电模式,涉及极为复杂的动力学特征.运用相平面分析、快慢分析、ISI(峰峰间期)分岔序列、单参数和双参数分岔分析等方法,探究了pre-Bötzinger复合体中钙激活的非特异性阳离子电导(g_(CAN))和SERCA泵(V_(SERCA))对放电模式,特别是混合簇放电模式的影响.从动力学的角度给出了钙浓度呈周期波动时参数V_(SERCA)的取值范围,并解释了g_(CAN)对pre-Bötzinger复合体放电活动产生的影响及其转迁的机制.结果表明非特异性阳离子电导和V_(SERCA)会影响神经元的簇放电类型,且会引起混合簇放电的产生.

关键词： pre-Bötzinger复合体混合簇放电分岔快慢分析

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耦合神经元模型中簇放电的动力学分析

动力系统与控制 2023年第3期12卷 186-195页

作者：赵雅琪李凤月苗鹏郑州科技学院基础部河南郑州

呼吸系统是人和动物重要的生理器官之一,位于新生和成年哺乳动物延髓腹外侧区的pre-Bötzinger复合体被认为是呼吸节律产生的中枢,对于研究呼吸系统起着很重要的作用,正常状态和病理状态下呼吸节律有所不同。本文基于pre-Bötzinger复合... 详细信息

呼吸系统是人和动物重要的生理器官之一,位于新生和成年哺乳动物延髓腹外侧区的pre-Bötzinger复合体被认为是呼吸节律产生的中枢,对于研究呼吸系统起着很重要的作用,正常状态和病理状态下呼吸节律有所不同。本文基于pre-Bötzinger复合体耦合神经元模型,利用相平面分析、分岔分析和快慢动力学分析等方法,研究了耦合pre-Bötzinger复合体的簇放电模式及其转迁机制。结果表明钠电导(gNa)对耦合pre-Bötzinger复合体中兴奋性神经元的簇放电节律有重要的影响。

关键词： pre-B?tzinger复合体簇放电模式快慢分析分岔

耦合pre-B(?)tzinger复合体神经元中混合簇的模式和分岔分析

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耦合pre-B(?)tzinger复合体神经元中混合簇的模式和分岔分析

作者：赵雅琪北方工业大学

学位级别：硕士

呼吸运动是哺乳动物维持生命不可或缺的节律性活动,呼吸节律的产生中枢位于哺乳动物延髓腹外侧区一个被称为pre-B(?)tzinger复合体的区域。呼吸节律在正常状态下是均匀而整齐的,而在病理状态下会紊乱且不规则,因此研究呼吸节律产生的动... 详细信息

呼吸运动是哺乳动物维持生命不可或缺的节律性活动,呼吸节律的产生中枢位于哺乳动物延髓腹外侧区一个被称为pre-B(?)tzinger复合体的区域。呼吸节律在正常状态下是均匀而整齐的,而在病理状态下会紊乱且不规则,因此研究呼吸节律产生的动力学机制及其控制有重要意义。本文基于pre-B(?)tzinger中胞体-树突耦合神经元模型,利用相平面分析、分岔分析、快慢动力学分析以及ISI(峰峰间期)分岔序列等方法,分别研究了耦合pre-B(?)tzinger复合体神经元的同相簇放电和反相簇放电。本文分为四部分,第一部分是绪论,介绍了生物学背景、非线性动力学相关知识以及目前国内外对簇放电模式的研究现状等。第二部分主要研究了持续钠电导(gNap)和细胞内IP3的浓度([IP3])对耦合的pre-B(?)tzinger复合体中兴奋性神经元同相簇放电模式的影响,并从动力学角度揭示了不同类型混合簇放电模式及其转迁机制。此外,还阐明了参数gNap和[IP3]对混合簇放电中胞体簇放电和树突簇放电数量的影响。第三部分主要研究了在钙离子动力学及内质网泄露渗透率LIP3的影响下,LIP3的变化对耦合pre-B(?)tzinger复合体神经元放电节律的重要影响,并研究了模型中反相簇放电的模式及其转迁机制。最后一部分给出了本文的结论及展望。本文的研究表明,gNap和[IP3]对耦合pre-B(?)tzinger复合体神经元的节律性活动有重要影响。[Ca]的周期性波动作用下,gNap的变化时耦合神经元的节律性活动从一种模式转换为另一种模式,出现更复杂的混合簇放电。并且表明,钙的周期性波动是混合簇放电产生的关键因素,但不是混合簇放电产生的必要条件。本文的研究有助于更好地理解pre-B(?)tzinger复合体中复杂呼吸神经元以及大脑其他区域的不规则簇放电,本文的研究方法也可以用于研究其他具有多时间尺度的神经系统。

关键词： pre-B(?)tzinger复合体快慢分析分岔混合簇放电

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复杂非线性系统中的簇放电与控制研究

复杂非线性系统中的簇放电与控制研究

作者：梁王娟北方工业大学

学位级别：硕士

位于哺乳动物脑干中的前包钦复合体（pre-B（?）tzinger）是哺乳动物产生呼吸节律的关键部位。前包钦复合体中可以自发产生不同的放电节律。不同的外激励,可以引起放电节律的模式发生改变,也会导致机体产生不同的生理效应。因此,了解神... 详细信息

位于哺乳动物脑干中的前包钦复合体（pre-B（?）tzinger）是哺乳动物产生呼吸节律的关键部位。前包钦复合体中可以自发产生不同的放电节律。不同的外激励,可以引起放电节律的模式发生改变,也会导致机体产生不同的生理效应。因此,了解神经元不同放电模式与外激励之间的关系将有助于揭示由于外激励导致的疾病的产生机理。本文分别采用washout滤波控制器作用和电突触耦合下改进的前包钦复合体神经元模型,利用快慢时间尺度,单参数分岔及双参数分岔分析的方法,研究了在控制作用下前包钦复合体神经元的簇放电模式及其转迁机制。我们探讨了Hopf分岔点位置改变时对系统簇放电模式的影响及模式之间的转迁机理,并研究了Hopf分岔和极限环振幅同时改变时系统的簇放电模式及转迁机制。根据相位函数的定义判断两个耦合神经元的簇放电模式的同步情况,讨论了电突触耦合下神经元模型的同向、反向簇放电及混合簇放电模式。结果表明,通过应用滤波控制器控制系统Hopf分岔的位置及极限环的振幅,可以控制系统中簇放电模式的产生和转迁;系统Hopf点的位置对簇放电模式的转迁有很大影响;系统轨线的振幅不同时系统簇放电模式会发生相应变化。在电突触耦合下耦合强度大小对系统的簇放电模式也有很大影响,耦合强度在不同的取值范围时系统会呈现不同的簇放电模式。

关键词： pre-B（?）tzinger复合体快慢分析分岔控制同步

两周期激励下Duffing-van der Pol振子的复杂簇发振荡及其机理

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江西科学 2022年第2期40卷 215-218,235页

作者：张真真马新东江苏大学京江学院江苏镇江212013 江苏大学土木工程与力学学院江苏镇江212013

以2个激励作用下的Duffing-van der Pol振子为例,研究了两时间尺度下系统的复杂动力学行为。首先,分析了单个激励下的系统稳定性和分岔,给出了典型参数条件下的复合式delayed sub Hopf/fold-cycle簇发及其产生机制;然后,利用改进型快慢... 详细信息

以2个激励作用下的Duffing-van der Pol振子为例,研究了两时间尺度下系统的复杂动力学行为。首先,分析了单个激励下的系统稳定性和分岔,给出了典型参数条件下的复合式delayed sub Hopf/fold-cycle簇发及其产生机制;然后,利用改进型快慢分析方法,研究了第2个激励频率为第1个频率的整数倍时的滞后翻转型复合式delayed sub Hopf/fold-cycle簇发,并借助(δ,x)平面上的慢变流形与分岔图的叠加,揭示了这种复杂复合式簇发的机理。

关键词：两周期激励 Duffing-van der Pol振子簇发振荡快慢分析

耦合Pre-B?tzinger复合体中神经元的反相簇放电模式及同步研究

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动力学与控制学报 2017年第1期15卷 75-79页

作者：刘晶曹秦禹王子剑赵勇段利霞北方工业大学理学院北京100144 河南理工大学数学与信息科学学院焦作454000

本文以pre-B?tzinger复合体中两个耦合兴奋性神经元为研究对象,分别研究了耦合神经元反相簇放电类型及其同步转迁.当钠电导参数在一定范围内变化时,耦合神经元分别表现为"sup-Hopf/fold cycle"型和"fold/fold cycle"型反相簇放电.通过... 详细信息

本文以pre-B?tzinger复合体中两个耦合兴奋性神经元为研究对象,分别研究了耦合神经元反相簇放电类型及其同步转迁.当钠电导参数在一定范围内变化时,耦合神经元分别表现为"sup-Hopf/fold cycle"型和"fold/fold cycle"型反相簇放电.通过计算耦合神经元的簇放电内的峰相位差,进而判定反相簇放电中的峰同步行为,并且研究了反相放电的类型与同步的关系.

关键词：簇放电相位差反相同步快慢分析前包钦复合体

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呼吸系统中复杂簇放电的多时间尺度分析

呼吸系统中复杂簇放电的多时间尺度分析

作者：马芬北方工业大学

学位级别：硕士

呼吸运动是生物体维持个体生命的基本生理活动。Pre-B(?)tzinger复合体位于人和其他哺乳动物延髓腹外侧区,是哺乳动物呼吸节律起源的关键部位。神经放电节律是神经系统中信息编码的一种方式。本文以pre-B(?)tzinger复合体中兴奋性神经... 详细信息

呼吸运动是生物体维持个体生命的基本生理活动。Pre-B(?)tzinger复合体位于人和其他哺乳动物延髓腹外侧区,是哺乳动物呼吸节律起源的关键部位。神经放电节律是神经系统中信息编码的一种方式。本文以pre-B(?)tzinger复合体中兴奋性神经元模型为研究对象,分别研究了单个和耦合pre-B(?)tzinger复合体中兴奋性神经元在钙离子影响下的复杂混合簇放电模式及其产生机制。本文分为四部分:第一章是绪论,主要给出本文的研究背景和所涉及的基本知识,包括神经科学背景知识及动力学基础理论知识;第二章主要研究了单个pre-B(?)tzinger神经元中混合簇放电的产生,从多时间尺度角度,运用快慢分析和分岔等方法研究了三磷酸肌醇(IP3)浓度对混合簇放电的影响。第三章主要考虑钙动力学影响下的耦合pre-B(?)tzinger复合体神经元,利用分岔分析、双参数分析等方法,从多时间尺度研究了钠离子浓度对混合簇放电的影响。第四章,给出总结与展望。本文对混合簇放电产生原因的研究包含两种:混合簇放电的产生受IP3分子浓度的影响,IP3分子浓度的改变,导致了混合簇放电的产生;混合簇放电的产生受钙离子浓度影响,而钠离子波动是导致混合簇放电产生的根本原因。本文中的研究方法为研究混合簇放电动力学提供了一个新的思路,也可以应用于其他具有快慢时间尺度的神经系统的研究当中。

关键词： Pre-B(?)tzinger复合体快慢分析混合簇放电分岔理论