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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

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外激励对神经元系统中混合簇放电的影响

外激励对神经元系统中混合簇放电的影响

作者：齐会如北方工业大学

学位级别：硕士

呼吸运动是人和动物维持生命的重要生理过程,是由神经系统控制的简单的节律性运动。位于腹外侧髓质的pre-B(?)tzinger复合体对于呼吸节律的产生起着关键作用。细胞内的离子浓度和外部刺激均会使神经元的放电活动发生变化,甚至会产生病... 详细信息

呼吸运动是人和动物维持生命的重要生理过程,是由神经系统控制的简单的节律性运动。位于腹外侧髓质的pre-B(?)tzinger复合体对于呼吸节律的产生起着关键作用。细胞内的离子浓度和外部刺激均会使神经元的放电活动发生变化,甚至会产生病态的呼吸节律。因此研究细胞内离子浓度和外部激励参数对呼吸节律的影响及转迁机制有重要意义。本文主要探究了pre-B(?)tzinger复合体神经元模型中离子浓度和外激励对其放电活动的影响。本文分为四部分,第一部分是绪论,介绍了生物学背景和非线性动力学基本理论;第二部分主要探究钙动力学对耦合pre-B(?)tzinger复合体神经元呼吸节律的影响。运用快慢变量分解,ISI分岔序列,分岔分析等方法,解释了钙激活的非特异性阳离子电导(2))和SERCA泵((1)对混合簇放电模式转迁的动力学机理;第三部分主要探究了外激励电流和正负反馈电流对单个pre-B(?)tzinger复合体呼吸节律的影响。运用单参数分岔分析,ISI分岔序列,快慢变量分解等方法,探究外激励电流和反馈电流引起簇放电中反常现象的动力学机制;第四部分给出了结论和展望。研究结果表明,钙动力学的变化会使系统表现出复杂的簇放电模式,如混合簇放电,树突簇放电等。钙激活的非特异性阳离子电导的改变,会使pre-B(?)tzinger复合体的放电活动实现混合簇放电和树突簇放电的互相转迁,而SERCA泵((1)则会使得系统实现常规簇放电与混合簇放电的相互转迁。外激励电流和反馈电流对簇放电的影响机制与传统观点相反,即正反馈电流作用会抑制神经元的放电活动,即簇放电中峰的个数减少,而负反馈电流会增强神经元的放电节律,即簇放电中峰的个数增加。本文的研究有助于未来进一步研究导致神经元混合簇放电产生的影响因素。

关键词： pre-B(?)tzinger复合体混合簇放电反馈电流分岔分析

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方波电流对混合簇放电的影响及其动力学分析

力学研究 2023年第1期12卷 56-67页

作者：蒋亚璐陈雪丽北方工业大学理学院北京

Pre-Bötzinger复合体(简称pre-BötC)是新生哺乳动物产生正常呼吸节律的关键部位。当神经元受到外部刺激时,其放电模式会发生改变。方波电流是最简单且易实现的一种电流形式。本文通过调控方波电流的三个变量,来研究方波电流对神经元放... 详细信息

Pre-Bötzinger复合体(简称pre-BötC)是新生哺乳动物产生正常呼吸节律的关键部位。当神经元受到外部刺激时,其放电模式会发生改变。方波电流是最简单且易实现的一种电流形式。本文通过调控方波电流的三个变量,来研究方波电流对神经元放电模式的影响。并通过时间序列和单参数分岔分析以及双参数分岔分析的方法,探究放电模式产生及转迁的动力学机制。结果表明方波电流可以诱导神经元产生混合簇放电。本文的研究结果为进一步理解神经系统中混合簇放电的产生机制提供了有益的参考。

关键词： pre-B?tzinger复合体方波电流分岔混合簇放电

耦合pre-B?tzinger复合体神经元混合簇放电的多时间尺度分析

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耦合pre-B?tzinger复合体神经元混合簇放电的多时间尺度分析

耦合Pre-Botzinger复合体神经元中混合簇放电模式的研究

第四届全国神经动力学学术会议

作者：段利霞马芬梁桐桐梁王娟北方工业大学理学院

呼吸运动是一种复杂且具有丰富动力学行为的节律性活动,与人类的健康密切相关。病理状态下,往往出现各种呼吸节律的变化。Pre-B?tzinger复合体是哺乳动物呼吸节律起源的关键部位。研究表明,各离子电导(g,g,g)变化可引起神经元混合簇放... 详细信息

呼吸运动是一种复杂且具有丰富动力学行为的节律性活动,与人类的健康密切相关。病理状态下,往往出现各种呼吸节律的变化。Pre-B?tzinger复合体是哺乳动物呼吸节律起源的关键部位。研究表明,各离子电导(g,g,g)变化可引起神经元混合簇放电。本文中,我们研究耦合pre-B?tzinger复合体神经元节律的变化。在反相同步下,持续钠电导(g)和钾电导(g)变化会引起混合簇放电的产生。应用非线性动力学和数值模拟相结合的方法,通过快慢动力学分析、相平面分析和双参数分岔分析等理论和方法,我们分析了持续钠离子和钾离子电导变化时,耦合pre-B?tzinger复合体神经元中混合簇放电模式产生的动力学机制;给出了混合簇放电存在的参数范围,并进一步研究了持续钠电导和钾电导对呼吸系统神经元动力学行为的影响。对混合簇放电的研究有助于我们认识病态呼吸节律的产生机制,这些研究方法可以推广到与耦合pre-B?tzinger复合体神经元模型有着相似的节律模式且具有快慢不同时间尺度的其它神经元模型中。

关键词： Pre-B?tzinger 复合体混合簇放电分岔分析快慢分析多时间尺度

来源： cnki会议评论

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动力系统与控制 2018年第3期7卷 154-161页

作者：王子剑马芬梁桐桐北方工业大学理学院北京

Pre-B?tzinger复合体是新生哺乳动物呼吸节律起源的关键部位,是呼吸节律产生的中枢。本文以pre-B?tzinger复合体中两个耦合的神经元为研究对象,并考虑钙离子动力学的耦合神经元模型。利用快慢动力学和分岔分析,研究混合簇同步放电模式... 详细信息

Pre-B?tzinger复合体是新生哺乳动物呼吸节律起源的关键部位,是呼吸节律产生的中枢。本文以pre-B?tzinger复合体中两个耦合的神经元为研究对象,并考虑钙离子动力学的耦合神经元模型。利用快慢动力学和分岔分析,研究混合簇同步放电模式及其产生机制。结果表明钙离子的周期性波动对混合簇放电模式的产生有极大的影响,钙离子的波动及分岔曲线相对位置的改变是混合簇放电产生的主要原因.

关键词：呼吸系统 Pre-Botzinger复合体混合簇放电分岔

耦合pre-B tzinger复合体神经元中混合簇放电的多时间尺度动力学分析

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动力学与控制学报 2020年第2期18卷 82-90页

作者：马芬段利霞梁桐桐梁王娟赵勇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

Pre-B tzinger复合体是新生哺乳动物呼吸节律起源的关键部位,是呼吸节律产生的中枢.本文以pre-B tzinger复合体中两个耦合的神经元为研究对象,并考虑钙离子动力学的耦合神经元模型.利用多时间尺度动力学、快慢尺度分解和分岔分析,研究... 详细信息

Pre-B tzinger复合体是新生哺乳动物呼吸节律起源的关键部位,是呼吸节律产生的中枢.本文以pre-B tzinger复合体中两个耦合的神经元为研究对象,并考虑钙离子动力学的耦合神经元模型.利用多时间尺度动力学、快慢尺度分解和分岔分析,研究混合簇同步放电模式及其产生机制,并研究了耦合神经元同相和反相簇放电类型及其同步转迁.结果表明钙离子的周期性波动对混合簇放电模式的产生有极大的影响,钙离子波动导致的时间尺度变化及分岔曲线相对位置的改变是混合簇放电产生的主要原因.本文的研究对认识pre-B tzinger中大规模网络的动力学有着重要的意义,为进一步探索呼吸节律的产生机制提供了一些有益的思考和见解.

关键词： Pre-B tzinger复合体混合簇放电快慢分析多时间尺度分岔

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

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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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