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基于描述函数方法的神经群自激振荡特性分析
  • ISSN号:1000-3290
  • 期刊名称:《物理学报》
  • 时间:0
  • 分类:TP13[自动化与计算机技术—控制科学与工程;自动化与计算机技术—控制理论与控制工程]
  • 作者机构:[1]天津医科大学生物医学工程学院,天津 300070, [2]约翰霍普金斯大学神经科学系,巴尔的摩21218
  • 相关基金:国家自然科学基金重大项目(批准号:91132722)资助的课题.
中文摘要:

在无外界刺激时神经群表现为节律性自激振荡,自激振荡是非线性系统特有的一种运动形式。在非线性描述函数法理论框架下,对神经群模型自激振荡特性进行分析,并揭示其产生机理。神经群模型的sigmoid非线性函数(简称为S函数)是其自激振荡的根源。首先,求解S函数的描述函数;然后,基于S函数的描述函数得到神经群模型正反馈回路S函数和负反馈回路S函数的等效增益,在此基础上将神经群模型转化为可用描述函数法分析的典型结构形式;最后,应用描述函数法理论对神经群模型自激振荡特性进行理论分析,得到自激振荡特性的定量描述,并通过仿真分析对理论分析结果进行了验证。理论分析及仿真分析结果表明基于描述函数方法的神经群自激振荡特性分析方法是正确有效的。 S 函数是神经系统的典型非线性环节,S函数的处理方法及神经群自激振荡特性分析方法对于其他神经模型的自激振荡特性分析具有参考价值。

英文摘要:

Neural mass model (NMM) can generate spontaneous oscillation even in a resting state. However, it remains little known which mechanism is responsible for NMM’s spontaneous oscillation. From dynamical theory, spontaneous oscilla-tion is an intrinsic property of nonlinear system, which means that the sigmoid nonlinear function (S function) of NMM plays a key role in the emergence of its spontaneous oscillation. In this study, describing function approach is employed to analyze the spontaneous oscillation characteristics of a kind of extended NMM. Firstly, the describing function of S function is derived, through which the two S functions in excitatory and inhibitory feedback loop, respectively, are approximated. Secondly, the NMM is transformed into a typical block diagram composed of a nonlinear unit and a linear unit. Thirdly, in the theoretical framework of describing function approach, theoretical analysis of the sponta-neous oscillation characteristics of NMM is conducted, and the oscillation frequencies are determined. The simulation results demonstrate that the theoretical results are correct and the employed approach is effective. Since S function exists extensively in neural system, the proposed approach has a potential application in the spontaneous oscillation analysis of other neural model.

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期刊信息
  • 《物理学报》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国物理学会 中国科学院物理研究所
  • 主编:欧阳钟灿
  • 地址:北京603信箱(中国科学院物理研究所)
  • 邮编:100190
  • 邮箱:apsoffice@iphy.ac.cn
  • 电话:010-82649026
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-3290
  • 国内统一刊号:ISSN:11-1958/O4
  • 邮发代号:2-425
  • 获奖情况:
  • 1999年首届国家期刊奖,2000年中科院优秀期刊特等奖,2001年科技期刊最高方阵队双高期刊居中国期刊第12位
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国科学引文索引(扩展库),英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:49876