基于相響應的神經元網絡同步的優(yōu)化控制.pdf

1、神經元網絡的同步在大腦的信息處理,認知,記憶和情感等方面發(fā)揮著重要的作用。而大腦特定區(qū)域神經元的異常同步放電是導致神經精神疾病的原因之一,比如,大腦丘腦和基底核區(qū)域的神經元過度同步放電與神經系統疾病-帕金森病緊密相關,海馬區(qū)神經元的同步與癲癇疾病相關等。深度腦刺激可以通過電刺激調節(jié)神經集群的同步來對這類疾病進行治療。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,通過神經元的相響應和神經網絡同步的分析,得出了依賴于相響應的同步規(guī)律,揭示了神經元的固有屬性對神經網絡同步的影響機理;并以簡化的神經元相模型為基礎,提出了改變神經元放電時刻的相重置控制和對神經元網絡進行去同步的能量最優(yōu)控制,為神經疾病的治療提供了重要的理論指導。本論文的研究內容主要包括以下三個部分:
　　首先研究單個周期峰放電神經元的相響應特征,根據參數對神經元相響應的

3、影響進而對神經網絡同步的影響,得出與相響應曲線形狀對應的網絡同步特性。研究發(fā)現外部刺激下既有相提前也有相滯后特性的神經元網絡的同步指數要高于僅有相提前的神經元網絡的同步指數;接下來研究了化學突觸耦合對周期峰放電神經元相響應的影響,發(fā)現耦合對神經元相響應的影響取決于耦合類型和耦合相差,得出了神經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元的相響應,發(fā)現神經元的簇相響應對簇內放電時刻具有極大的敏感性,并用數學的方法證明

4、了這種對應關系,數值仿真結果表明具有不同簇相響應的神經元網絡的簇相同步也不同。
　　最后,基于對神經元的相響應和同步的分析,提出了改變神經元放電時刻的相重置控制策略。并以神經元的相模型為對象,提出了離散確定性系統去同步的動態(tài)規(guī)劃能量最優(yōu)控制;將強化學習中經典的Q-learning算法與人工神經網絡結合,解決了連續(xù)隨機系統去同步的能量最優(yōu)控制。仿真結果證明了控制的有效性。
　　本論文利用單神經元的相響應特征建立了神經元的固有屬