基于皮层神经元模型的经颅磁声电刺激神经网络放电活动仿真分析

基于脑皮层真实神经元模型搭建皮层神经网络,对模型在经颅磁声电刺激下的电活动响应特性进行仿真分析.采用短时傅里叶变换方法对不同刺激方式和经颅磁声电刺激不同刺激参数下神经元局部场电位信号进行时频联合分析.结果显示,经颅磁声电刺激方式可达到与神经元自身突触激活和阶跃电流刺激方式相近的刺激效果;神经元不同位置在经颅磁声电刺激下的电活动响应有所区别,胞体附近膜电压变化最为明显,且局部场电位能量强度最大;随着调制频率和刺激电流两个参数的增大,神经网络的局部场电位信号能量强度均呈现先增强后减弱的趋势.这表明经颅磁声电刺激可对神经电活动产生促进与抑制两种效果,改变刺激参数可以实现对生物体神经活动的调节.研究结果有助于揭示经颅磁声电刺激的神经作用机制,为其应用于神经调节和神经系统疾病治疗提供理论依据和参考.     

经颅磁声电激励下Fitzhugh-Nagumo神经元模型放电特性分析

经颅磁声电刺激（Transcranial Magneto-acoustic-electrical Stimulation, TMAES）是一种利用超声和磁场共同作用于大脑的新型无创调控手段。神经元是神经系统的基本结构和功能单元,在信息编码过程中起重要作用。本文基于Fitzhugh-Nagumo模型,对神经元施加不同刺激参数,研究非线性系统的放电行为,并考虑磁声耦合效应,结合非线性动力学分析外加刺激参数对神经元放电时间序列的影响。结果表明,感应电流作用下,随刺激强度增加,神经元由静息态转变为周期放电,通过相图平衡点稳定性判断神经元是否为周期放电。感应电场作用下,神经元放电频率随外加刺激参数和外加电场调制角频率的增大逐渐增加。经颅磁声电作用下,神经元表现出频率适应性,其放电周期随外加电场强度Eext调制角频率的增加逐渐减小;同时,神经元受到调制超声频率的影响表现出明显的正相关放电特性,有利于调节神经元兴奋性。研究结果有助于推动经颅磁声电刺激下神经网络的动力学研究,对神经类疾病的治疗有重要研究意义和参考价值。