周期簇放电神经元的相位响应曲线及其应用

项目名称： 周期簇放电神经元的相位响应曲线及其应用

项目编号： No.11272241

项目类型： 面上项目

立项/批准年度： 2013

项目学科： 数理科学和化学

项目作者： 谢勇

作者单位： 西安交通大学

项目金额： 86万元

中文摘要： 对簇放电动力学的研究很可能是非线性动力系统理论的一个重要的理论突破口。本项目从相位响应曲线这一角度研究簇放电神经元及其网络的动力学行为。考察不同拓扑结构的簇放电的相位响应曲线的形状和类型的变化规律，并按照该曲线的形状和类型对簇放电神经元进行全新的分类。分析影响簇放电神经元的相位响应曲线的形状和类型的关键性参数，实现对簇放电神经元放电行为的控制。应用相位缩减和弱耦合振子理论，导出簇放电神经元网络的相位响应曲线，通过它预报簇放电神经元网络的同步和锁相行为，并确定其稳定性。继而考察网络的耦合方式、延时和网络的拓扑结构对相位响应曲线的的影响，实现对神经元网络的同步和锁相行为的控制。通过本项目的研究，丰富簇放电行为的研究理论和方法；同时对深入认识神经系统的信息传递过程以及认知功能的本质机理发挥重要作用，为神经生理实验方案、神经病理分析和临床诊断治疗等方面提供指导。

中文关键词： 簇放电；神经元；相位响应曲线；分岔；同步

英文摘要： It is reasonable to expect that the next major developments of the dynamical systems theory would be coming from studies of bursting dynamics. The dynamical behavior of bursting neurons and their networks is investigated from the perspective of phase response curves (PRCs) in the project. We consider the change in shapes and types of PRCs of bursting neurons with different topological structures, and originally classify bursting neurons according to the shapes and types of PRCs. And then we analyze the crucial parameters affecting the shapes and types of PRCs of bursting neurons, and perform the control of firing behavior of bursting neurons. And then the PRCs of bursting neuronal networks are derived using the phase reduction procedure and the theory of weakly coupled oscillators, then the behavior of synchronization and phase-locking can be predicted by the PRCs; further, the corresponding stability can be determined. Moreover, we study how the coupling style, time delay and topological structure impact on the PRCs, and control the behavior of synchronization and phase-locking of neuronal networks. The project enriches the research theories and methods for bursting behavior. At the same time, the project plays an important role in thorough understanding the information transmission process in nervous systems a

英文关键词： bursting；neuron；phase response curve；bifurcation；synchronization