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人体脊髓反射神经控制数理模型

人体脊髓反射神经控制数理模型

作者：马安然华中师范大学

学位级别：硕士

“反射”是人体神经系统的基本活动形式,是人体行为系统基本运作范式。它的实现依赖于人体各信号系统、神经不同功能层次的自洽性、精确性、完美协调性的通讯控制。本文首先回顾人的反射行为神经控制涉及的不同层次信号的经典科学发现,... 详细信息

“反射”是人体神经系统的基本活动形式,是人体行为系统基本运作范式。它的实现依赖于人体各信号系统、神经不同功能层次的自洽性、精确性、完美协调性的通讯控制。本文首先回顾人的反射行为神经控制涉及的不同层次信号的经典科学发现,包括(1)高级精神信号认知控制;(2)生理官能信号控制;(3)神经环路信号控制;(4)神经生化信号控制;(5)神经胞体内遗传信号控制。尽管上述科学发现勾勒出人体反射行为神经控制的全貌性脉络走向构图,但目前研究面临如下未知的瓶颈问题:(1)神经信号内容属性未知;(2)神经信号换码未知;(3)神经信号通讯原理未知;(4)神经信号控制机制未知;(5)反射活动神经控制未知。为进一步用公理化方程组统摄、串联经典神经控制发现,建立“人体反射行为神经控制数理模型”。本研究采用计算建模的研究方法,以单神经元、神经突触、反射弧不同结构、膝跳反射弧为研究对象,试图建立不同层次神经反射控制系统计算模型。本研究基于生物物理约束,首次提出神经信号变换理论假说(NSTH),并推演至人体脊髓反射控制行为,完成对躯体脊髓反射神经控制、内脏脊髓反射神经控制的数学建模,并将该数理模型验证到最简单的膝跳反射神经控制机制。具体包含以下内容:(1)神经信号变换理论假说(NSTH)。主要提出了神经信号表征假说(NSRH)、神经信号通讯控制理论假说(NSCCH)。这是人体脊髓反射神经控制模型建立的理论基础。(2)脊髓反射神经控制机制。对人体反射活动的各个环节的神经通讯进行计算建模,包括感受器传感机制、传入神经传输神经信号机制、脊髓中枢控制神经信号机制、传出神经传输神经信号机制、效应器执行神经信号机制。并以上述内容为基础,建立了躯体脊髓反射与内脏脊髓反射的神经控制方框图与信号流图。(3)膝跳脊髓反射神经控制机制。将脊髓反射神经控制模型运用到膝跳脊髓反射神经控制中。本研究将人体神经科学与控制工程科学天然交叉,通过计算建模的方式,以工程控制分析方法为支撑,建立了一套人体脊髓反射控制数理模型。这一人体智能控制新理论,为当前生物神经领域缺少的通讯控制数理理论,提供了新的研究思路与启发。在应用范围内,也为智能仿生和医疗健康提供基础算理。

关键词：脊髓反射神经控制计算建模数理心理学

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类神经控制的内生安全系统研究与应用

类神经控制的内生安全系统研究与应用

作者：胡旭东南大学

学位级别：硕士

网络信息系统的结构复杂性及系统内部数据类型的丰富性日渐提升,虽然现有主动安全防御技术的研究成果非常丰富,但缺乏与原有系统的高度融合,在处理与控制时缺乏信息联动,在系统受到安全威胁并影响任务执行时缺乏实际高效的应用支撑。此... 详细信息

网络信息系统的结构复杂性及系统内部数据类型的丰富性日渐提升,虽然现有主动安全防御技术的研究成果非常丰富,但缺乏与原有系统的高度融合,在处理与控制时缺乏信息联动,在系统受到安全威胁并影响任务执行时缺乏实际高效的应用支撑。此外,由于传统的网络信息系统内部感知粒度有限,缺乏对系统安全状态的全面感知,构建安全防御时无法进行细粒度调控。为从根源解决传统防御存在的不足,需要提高安全与功能要素的融合度,增强系统内部的信息联动,并对功能部件进行细粒度感知,从而在面对未知威胁时有足够的预测与调控能力,提高系统防御效能。本文借鉴人体神经系统的控制机理,结合人体神经系统的特点与软件系统的实际环境特征,将人体神经控制系统的关键要素类比到内生安全系统中。以任务为导向充分融合组件的功能要素与安全要素,提出了一种基于人体神经控制机理的内生安全系统模型。基于该模型设计了内生安全系统的动态执行机制,类比了神经控制过程,对系统任务执行过程中的内部数据和模块进行了形式化定义与描述,通过内生安全感受器对底层数据进行细粒度地感知,充分获取系统数据,并根据数据特点设计了处理与控制机制。处理机制包括传入与传出处理,控制机制包括执行流保护与安全状态预测。最后设计并搭建了基于内生安全机制的文件传输系统,内部集成内生安全感知服务、中枢处理、中枢控制等,通过模拟攻击实验进行测试,验证了本文提出的模型和执行流保护及安全状态预测机制的有效性。本文主要的工作内容如下:(1)针对传统防御机制面临安全威胁时,安全与功能模块融合度存在不足导致执行功能与处理攻击无法统一的问题,本文提出了类神经控制的内生安全系统模型。该模型类比人体神经控制机理,根据内生安全系统的实际运行环境特征,将内生安全系统划分为三层结构,包括任务层、调控层和中枢层。其中任务层主要包含内生安全感受器,调控层包含周围连接与效应器功能模块,中枢层包含处理与控制器以对底层数据进行分析处理与控制功能等。本文以类神经控制的内生安全系统模型为基础,对内生安全感受器进行分类并设计内生安全系统动态执行机制,对内生安全感受器的工作过程及系统动态执行过程进行抽象描述。(2)针对传统防御机制内部组件联动存在不足而导致应对措施效率不高的问题,本文提出了以任务为导向的内生安全系统中枢处理与控制机制。处理机制包括处理器的传入与传出处理,系统通过传入处理机制对底层数据进行整合分析为控制器提供数据,通过传出处理机制处理初始控制信号并生成特征指令实现对底层的调整。控制机制包括控制器的函数执行流保护以及内生安全预测机制,通过构建有限状态机和决策树实现对系统内部函数执行流的保护以及系统安全状态的预测。(3)基于上述方法设计并搭建类神经控制的内生安全系统模型实验平台,通过软件编程实现对系统任务运行情况的充分感知,利用字节码增强技术和决策树对底层数据进行处理和控制。通过模拟攻击实验对控制器模块的执行流保护以及安全状态预测功能进行测试,验证本文提出的内生安全系统模型的可行性,并测试函数执行流保护机制的有效性以及内生安全决策树的准确性。测试结果表明执行流保护机制成功识别了非法执行流并将其恢复到合法执行流;对测试集安全状态的预测结果达到了97.4790%的准确率。

关键词：内生安全安全模型神经控制安全感知执行流保护

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含神经控制的下肢肌骨系统正向动力学分析

清华大学学报（自然科学版） 2006年第11期46卷 1872-1875页

作者：杨义勇王人成王延利金德闻中国地质大学(北京)工程技术学院北京100083 清华大学精密仪器与机械学系摩擦学国家重点实验室北京100084

为探讨运动生物力学建模与分析的基础性问题,以下肢步态为研究对象建立了包含神经兴奋肌肉收缩动力响应和肌肉肌腱动力特性在内的下支系统正向动力学分析模型,并针对自然步态的运动过程,采用参数最优化方法进行了模拟计算。计算结果与... 详细信息

为探讨运动生物力学建模与分析的基础性问题,以下肢步态为研究对象建立了包含神经兴奋肌肉收缩动力响应和肌肉肌腱动力特性在内的下支系统正向动力学分析模型,并针对自然步态的运动过程,采用参数最优化方法进行了模拟计算。计算结果与实验测量的比较表明:正向动力学方法可将肢体运动状态、肌肉收缩力、神经控制信号等联系起来,求解人体步态的控制模式。该文建立的模型和计算方法为下肢运动的模拟分析和人体冗余运动控制机理的研究提供了基本的分析工具。

关键词：下肢生物力学模型神经控制正向动力学

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下尿路神经控制的研究进展

中国医学创新 2022年第21期19卷 184-188页

作者：刘晓霞杨凡妮甘肃医学院甘肃平凉744000 兰州大学口腔医院

尿液的储存与排空是通过膀胱和尿道的高度协调活动完成的,排尿过程中膀胱逼尿肌收缩,尿道和尿道括约肌相应协调地舒张,同时有传入神经、脊髓、大脑、传出神经等多种神经及生理反射共同参与此过程。由于膀胱功能的控制由交感神经、副交... 详细信息

尿液的储存与排空是通过膀胱和尿道的高度协调活动完成的,排尿过程中膀胱逼尿肌收缩,尿道和尿道括约肌相应协调地舒张,同时有传入神经、脊髓、大脑、传出神经等多种神经及生理反射共同参与此过程。由于膀胱功能的控制由交感神经、副交感神经、自主神经及多个中枢神经部位共同参与完成,且排尿和储尿过程需要多个神经控制协调进行,整个过程非常复杂,因此神经损伤后临床症状也会多种多样,为便于理解神经源性膀胱的不同临床症状及治疗机制,现对下尿路的神经控制综述如下。

关键词：下尿路神经控制膀胱尿道

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神经控制（Ⅰ）─—神经元控制

高技术通讯 1995年第8期5卷 27-29页

作者：王宁浙江大学工业控制技术研究所

介绍了作者在神经控制──神经元控制方面的研究成果，主要包括面向控制的神经元模型、神经元控制系统、神经元无模型控制方法和应用实例。

关键词：神经控制神经元控制系统控制系统设计

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鸣鸣蝉发声的神经控制

中国科学:化学 1994年第4期24卷 382-389+449页

作者：蒋锦昌杨新宇王永兵徐慕玲陈浩唐欢中国科学院生物物理研究所北京 100101 中国科学院生物物理研究所

本文描述了蝉类发声神经(SN)的一种新类型及其胸腹神经节对叫声的影响。鸣鸣蝉(Oncotympana maculaticollis Motsch)的SN为复合神经,巨轴突直径约20μm,并含有若干个直径约1—5μm左右的细轴突,其轴突分别由多层结构的轴系膜所包围。SN... 详细信息

本文描述了蝉类发声神经(SN)的一种新类型及其胸腹神经节对叫声的影响。鸣鸣蝉(Oncotympana maculaticollis Motsch)的SN为复合神经,巨轴突直径约20μm,并含有若干个直径约1—5μm左右的细轴突,其轴突分别由多层结构的轴系膜所包围。SN电刺激发声的潜伏期平均为10.3±1.2ms。SN对发声肌(SMc)的发声运动具有复合支配特性,其三相动作电位的前电位呈明显的双峰结构。SN的发放兴奋SMc产生的肌电和叫声的潜伏期分别为5.8±0.5ms和11.2±1.2ms。与SN紧挨的副发声神经下行至SMc前端分开,擦SMc前端内侧肌膜绕行至声门开闭肌。去脑对两侧SMc发声运动的时域和颤动特性无显著影响。但是去前胸神经节(PG)对两侧SMc发声运动的时域特性有显著影响,而对颤动特性无显著影响,去1/2中胸神经节(MG)对两侧SMc发声运动的时域和颤动特性都有显著影响。可见,两侧SMc的发声运动仍可能受到PG和MG的调节和控制。

关键词：鸣鸣蝉胸腹神经节发声神经神经控制

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机器人逆模神经控制及其应用

中南工业大学学报 1998年第1期29卷 80-84页

作者：蔡自兴王耀南中南工业大学信息工程学院湖南大学电气工程系

提出了一种机器人的神经控制方法，把神经网络和ＰＩＤ控制相结合构成一种混合性的机器人逆模学习控制方案，分析了神经控制系统的稳定性与学习算法的收敛性．此外，还提出了一种启发式学习算法，并用于机器人的神经控制．最后给出两关... 详细信息

提出了一种机器人的神经控制方法，把神经网络和ＰＩＤ控制相结合构成一种混合性的机器人逆模学习控制方案，分析了神经控制系统的稳定性与学习算法的收敛性．此外，还提出了一种启发式学习算法，并用于机器人的神经控制．最后给出两关节机器人的仿真结果．其结果表明所提出的逆模学习神经控制具有较快的收敛速度和较高的精度，能够满足实时控制要求，是一种有效的控制方法．

关键词：机器人逆模学习控制神经控制算法关节机器人

运动改善腰痛患者腰椎稳定肌神经控制研究进展

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中国运动医学杂志 2020年第11期39卷 898-903页

作者：杨洪杰刘善云天津体育学院体育教育与教育科学学院天津301617 盐城工学院体育部江苏盐城224051 天津体育学院运动训练科学学院天津301617

大量研究表明,运动干预是改善腰痛(low back pain,LBP)患者腰椎稳定肌神经控制异常的有效途径,相较于药物治疗具有更加广泛的应用价值。本文从提高激活程度、优化激活模式、降低疲劳指数、减少激活时间4个方面总结运动改善腰痛患者稳定... 详细信息

大量研究表明,运动干预是改善腰痛(low back pain,LBP)患者腰椎稳定肌神经控制异常的有效途径,相较于药物治疗具有更加广泛的应用价值。本文从提高激活程度、优化激活模式、降低疲劳指数、减少激活时间4个方面总结运动改善腰痛患者稳定肌神经控制功能的机制,以及运动干预后患者腰椎稳定性及疼痛状况的变化,为腰痛的预防和治疗提供参考。

关键词：腰痛运动腰椎稳定肌神经控制

竞技体操的神经控制与肌肉力量训练——由新规则的导向作用引发的思考

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北京体育大学学报 2003年第5期26卷 713-714页

作者：张芃北京服装学院基础部北京100029

结合体操比赛的新规则,从生理学和训练学角度,对竞技体操的神经控制和肌肉力量训练进行分析和讨论,旨在使体操训练更加科学、合理。

关键词：新规则竞技体操神经控制肌肉力量训练