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相似文献
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1.
黄志精  白婧  唐国宁 《计算物理》2020,37(5):612-622
构造一个具有单向耦合的二维神经元网络,引入信息传输熵来描述定向信息传输,采用Hindmarsh-Rose神经元模型研究网络中螺旋波等有序波自发产生的机制.数值模拟表明:适当选取耦合的强度和单向耦合的距离,网络可自发出现螺旋波、行波、靶波和平面波.各种有序波的产生与网络中出现信息间歇定向传输有关,网络出现单或多螺旋波时发生熵共振现象.噪声、抑制性耦合和排斥性耦合诱发螺旋波时网络中也存在信息间歇定向传输.首次发现自维持长平面波,其存在是由于网络存在持续的强信息定向传输.  相似文献   

2.
徐莹  王春妮  靳伍银  马军 《物理学报》2015,64(19):198701-198701
神经系统内数量众多的神经元电活动的群体行为呈现一定的节律性和自组织性. 当网络局部区域存在异质性或者受到持续周期性刺激, 则在网络内诱发靶波, 且这些靶波如'节拍器'可调制介质中行波的诱发和传播. 基于Hindmarsh-Rose 神经元模型构造了最近邻连接下的二维神经元网络, 研究在非均匀耦合下神经元网络内有序波的诱发问题. 在研究中, 选定网络中心区域的耦合强度最大, 从中心向边界的神经元之间的耦合强度则按照阶梯式下降. 研究结果表明, 在恰当的耦合梯度下, 神经元网络内诱发的靶波或螺旋波可以占据整个网络, 并有效调制神经元网络的群体电活动, 使得整个网络呈现有序性. 特别地, 当初始值为随机值时, 梯度耦合也可以诱发稳定的有序态. 这种梯度耦合对网络群体行为调制的研究结果有助于理解神经元网络的自组织行为.  相似文献   

3.
赵龙  杨继平  郑艳红 《物理学报》2013,62(2):28701-028701
实验研究发现大脑皮层电活动和信号传播有类似螺旋波的特征.本文利用包含离子通道效应的Hodgkin-Huxley神经元构造规则网络来研究螺旋波的形成机理,利用缺陷阻挡行波的方法在神经元网络中诱导到不同周期的螺旋波,分析了螺旋波产生条件和耦合强度对螺旋波的影响.同时,对脑皮层中螺旋波形成的机理进行了讨论.  相似文献   

4.
韦海明  唐国宁 《物理学报》2011,60(4):40504-040504
在离散可激发介质Greenberg-Hasting模型中引入交替(alternans)行为,研究了交替行为对螺旋波的影响.数值结果表明:在适当选择参数下,交替对螺旋波有很大影响,例如交替导致螺旋波的形状振荡,形成呼吸螺旋波,交替使螺旋波漫游、漂移,甚至使螺旋波漫游出系统的边界,交替使螺旋波破碎形成小螺旋波、反靶波和时空混沌等,首次在均匀介质中观察到交替导致传导障碍,使螺旋波破碎和消失,并对发生这些现象的机理进行了分析. 关键词: 离散可激发介质 螺旋波 靶波 漫游  相似文献   

5.
提出两种两阶段的螺旋波控制方法,第一阶段用正相脉冲力作用快变量,第二阶段用反相脉冲力作用快变量或用正相脉冲力作用慢变量,用修改后的Bär模型进行数值模拟,结果表明:两阶段的脉冲控制方法比单阶段控制方法更有效地控制螺旋波,作用力可以减少到后者力大小的38%~55%.结果建议,可以通过两阶段控制螺旋波的方法改进心脏电除颤.  相似文献   

6.
汪芃  李倩昀  黄志精  唐国宁 《物理学报》2018,67(17):170501-170501
大脑皮层在一定条件下可以自发出现螺旋波和平面波,为了了解这些有序波的产生机制,构造了一个双层的二维神经元网络.该网络由最近邻兴奋性耦合和长程抑制性耦合层组成,采用修改后的Hindmarsh-Rose神经元模型研究了该混沌神经元网络从具有随机相位分布的初态演化是否能自发出现各种有序波.数值模拟结果表明:当抑制性耦合强度比较小时,系统一般不会自发出现有序波;在兴奋性耦合强度足够大的情况下,抑制性耦合强度越大,系统越容易产生有序波.系统出现不同的有序波与系统初态和耦合强度有密切关系,适当选择兴奋性和抑制性耦合的耦合强度,系统会自发出现迷宫斑图、平面波、单螺旋波、多螺旋波、旋转方向相反的螺旋波对、双臂螺旋波、靶波、向内方形波等有序波斑图.螺旋波、迷宫斑图和内向方形波出现概率分别达到27.5%, 21.5%和10.0%,这里的迷宫斑图是由不同传播方向的许多平面波组成,其他有序波出现概率比较小.研究结果有助于理解发生在大脑皮层中的自组织现象.  相似文献   

7.
Hindmarsh-Rose神经元阵列自发产生螺旋波的研究   总被引:1,自引:0,他引:1       下载免费PDF全文
汪芃  李倩昀  唐国宁 《物理学报》2018,67(3):30502-030502
采用Hindmarsh-Rose(HR)神经元模型,研究了二维神经元阵列系统从一个具有随机相位分布的初态演化最终是否能自发产生螺旋波的问题.数值结果表明:系统是否出现螺旋波与单个HR神经元的状态、系统的初态和耦合强度有关,其中单个HR神经元的振荡状态起主要作用.当单个HR神经元处于一周期振荡态时,在一定的耦合强度范围内系统都会自发出现多个螺旋波和螺旋波对,出现螺旋波与系统初态无关,只要适当选择耦合强度,在系统中可以出现单个螺旋波.当耦合强度超过某一阈值后,继续增加耦合强度,系统会呈现三种不同的动力学行为,分别与三类初态有关.系统从第一类初态演化将偶尔出现单个螺旋波,系统从第二类和第三类初态演化将分别出现间歇性全局同步振荡和振荡死亡.当单个神经元处于二周期态时,只有当系统神经元的初相位比较均匀分布时,系统才能自发出现螺旋波,而且出现螺旋波的耦合强度范围大为减少.当神经元处于更高的周期态时,系统一般不容易自发出现螺旋波.这些结果有助于人们了解大脑皮层自发产生螺旋波的机制.  相似文献   

8.
白婧  关富荣  唐国宁 《物理学报》2021,(17):122-132
在大脑皮层中,神经元大范围的同步放电可以引发癫痫,而癫痫发作期间可以自发出现螺旋波,大量神经元的同步放电与螺旋波自发产生之间的关系目前仍不清楚.本文通过增加水平长程连接构造了具有局域长程耦合区的二维神经元网络,采用Morris-Lecar神经元模型研究了具有多个长方形长程耦合区的神经元网络中波的传播,数值模拟结果表明:...  相似文献   

9.
陈醒基  乔成功  王利利  周振玮  田涛涛  唐国宁 《物理学报》2013,62(12):128201-128201
采用Bär 模型研究了通过被动介质间接延迟耦合的两层可激发介质中螺旋波的相互作用. 数值模拟结果表明: 延迟耦合可以促进两个螺旋波的同步, 也可导致从螺旋波到集体振荡、各种靶波、时空混沌态或静息态的转变; 在这个耦合系统中还观察到周期 2和周期3螺旋波以及螺旋波漫游和漂移现象; 对产生这些现象的物理机制做了讨论. 关键词: 螺旋波 被动介质 时间延迟耦合 同步  相似文献   

10.
成玉国  程谋森  王墨戈  李小康 《物理学报》2014,63(3):35203-035203
本文考察在径向电子数密度呈抛物形分布的情况下,外加稳恒磁场,射频通过螺旋波天线在等离子体中激发电磁波的传播性质.采用线性扰动波假设,数值求解Maxwell方程组,得到80—800 G(1 G=10-4T)磁场条件下等离子体中径向电、磁场强度及能量沉积密度的分布情形.计算结果表明,磁场增大(80→800G)时,螺旋波受到的阻尼较小,可深入等离子体传播;Trivelpiece-Gould(TG)波受到的阻尼增大,在等离子体-真空边界处衰减增强;整体的能量吸收向边界集中.磁感应强度小于100 G时,TG波可深入主等离子体区传播,等离子体径向能量吸收相对均匀.  相似文献   

11.
The robustness and breakup of spiral wave in a two-dimensional lattice networks of neurons are investigated. The effect of small- world type connection is often simplified with local regular connection and the long-range connection with certain probability. The network effect on the development of spiral wave can be better described by local regular connection and changeable long-range connection probability than fixed long-range connection probability because the long-range probability could be changeable ...  相似文献   

12.
甘正宁  马军  张国勇  陈勇 《物理学报》2008,57(9):5400-5406
利用数值计算和分析,研究了螺旋波失稳与重联概率p之间的关系.通过对基于FitzHugh-Nagumo神经元模型的小世界网络的计算和分析,发现螺旋波的小世界效应失稳具有全局性作用和失稳后再激发作用等特点,是不同于爱克豪斯(Eckhaus)失稳和多普勒(Doppler)失稳的又一种新的重要失稳方式. 关键词: 螺旋波 失稳 小世界网络 重联概率  相似文献   

13.
Autapse is a type of synapse that connects axon and dendrites of the same neuron, and the effect is often detected by close-loop feedback in axonal action potentials to the owned dendritic tree. An artificial autapse was introduced into the Hindmarsh-Rose neuron model, and a regular network was designed to detect the regular pattern formation induced by autapse. It was found that target wave emerged in the network even when only a single autapse was considered. By increasing the(autapse density) number of neurons with autapse, for example, a regular area(2×2, 3×3, 4×4, 5×5 neurons) under autapse induced target wave by selecting the feedback gain and time-delay in autapse. Spiral waves were also observed under optimized feedback gain and time delay in autapses because of coherence-like resonance in the network induced by some electric autapses connected to some neurons. This confirmed that the electric autapse has a critical role in exciting and regulating the collective behaviors of neurons by generating stable regular waves(target waves, spiral waves) in the network. The wave length of the induced travelling wave(target wave, spiral wave), because of local effect of autapse, was also calculated to understand the waveprofile in the network of neurons.  相似文献   

14.
李伟恒  黎维新  潘飞  唐国宁 《物理学报》2014,63(20):208201-208201
采用Br-Eiswirth模型研究了两层耦合可激发介质中螺旋波的动力学,两层介质通过网络连接,即在每一层介质上,每一列选一个可激发单元作为中心点,在一层介质上同一列的可激发单元只与另一层介质上对应的中心点及其8个邻居有耦合.数值模拟结果表明:通过这种局部耦合,在适当小的耦合强度下两耦合螺旋波可实现同步,增大耦合强度会导致螺旋波漫游和漂移,造成螺旋波不同步,观察到螺旋波与静息态、低频平面波和不规则斑图共存现象.在适当强的耦合强度下,还观察到两螺旋波转变成同步的平面波消失现象.对产生这些现象的物理机理做了讨论.  相似文献   

15.
钱郁 《物理学报》2013,62(5):58201-058201
以Barkley模型为研究对象, 研究了在时空调制作用下螺旋波时空动力学行为特性. 发现在适当的调制参数的作用下, 能够在同一系统中同时观察到漫游螺旋波与旅行螺旋波. 通过数值模拟研究分析, 给出了能产生漫游螺旋波与旅行螺旋波共存现象的潜在机理, 并详细讨论了在Barkley 模型中要产生这种共存现象的两个必要条件. 关键词: 时空调制 漫游螺旋波 旅行螺旋波  相似文献   

16.
The dynamics and the transition of spiral waves in the coupled Hindmarsh--Rose (H--R) neurons in two-dimensional space are investigated in the paper. It is found that the spiral wave can be induced and developed in the coupled HR neurons in two-dimensional space, with appropriate initial values and a parameter region given. However, the spiral wave could encounter instability when the intensity of the external current reaches a threshold value of 1.945. The transition of spiral wave is found to be affected by coupling intensity D and bifurcation parameter r. The spiral wave becomes sparse as the coupling intensity increases, while the spiral wave is eliminated and the whole neuronal system becomes homogeneous as the bifurcation parameter increases to a certain threshold value. Then the coupling action of the four sub-adjacent neurons, which is described by coupling coefficient D’, is also considered, and it is found that the spiral wave begins to breakup due to the introduced coupling action from the sub-adjacent neurons (or sites) and together with the coupling action of the nearest-neighbour neurons, which is described by the coupling intensity D.  相似文献   

17.
Yi-Xuan Shan 《中国物理 B》2022,31(8):80507-080507
Astrocytes have a regulatory function on the central nervous system (CNS), especially in the temperature-sensitive hippocampal region. In order to explore the thermosensitive dynamic mechanism of astrocytes in the CNS, we establish a neuron-astrocyte minimum system to analyze the synchronization change characteristics based on the Hodgkin-Huxley model, in which a pyramidal cell and an interneuron are connected by an astrocyte. The temperature range is set as 0 ℃-40 ℃ to juggle between theoretical calculation and the reality of a brain environment. It is shown that the synchronization of thermosensitive neurons exhibits nonlinear behavior with changes in astrocyte parameters. At a temperature range of 0 ℃-18 ℃, the effects of the astrocyte can provide a tremendous influence on neurons in synchronization. We find the existence of a value for inositol triphosphate (IP3) production rate and feedback intensities of astrocytes to neurons, which can ensure the weak synchronization of two neurons. In addition, it is revealed that the regulation of astrocytes to pyramidal cells is more sensitive than that to interneurons. Finally, it is shown that the synchronization and phase transition of neurons depend on the change in Ca2+ concentration at the temperature of weak synchronization. The results in this paper provide some enlightenment on the mechanism of cognitive dysfunction and neurological disorders with astrocytes.  相似文献   

18.
赵英奎  王光瑞  陈式刚 《中国物理》2007,16(4):1159-1166
In this paper, we investigate the breakup of spiral wave under no-flux, periodic and Dirichlet boundary conditions respectively. When the parameter \varepsilon is close to a critical value for Doppler-induced wave breakup, the instability of the system caused by the boundary effect occurs in the last two cases, resulting in the breakup of spiral wave near the boundary. With our defined average order measure of spiral wave (AOMSW), we quantify the degree of order of the system when the boundary-induced breakup of spiral wave happens. By analysing the AOMSW and outer diameter R of the spiral tip orbit, it is easy to find that this boundary effect is correlated with large values of R, especially under the Dirichlet boundary condition. This correlation is nonlinear, so the AOMSW sometimes oscillates with the variation of \varepsilon.  相似文献   

19.
高继华  谢伟苗  高加振  杨海朋  戈早川 《物理学报》2012,61(13):130506-130506
以双层耦合复金兹堡-朗道(Ginzburg-Landau)方程系统为时空模型, 研究了其中的模螺旋波, 讨论了这种特殊波动现象的稳定条件和相关影响因素. 模螺旋波与该类时空系统中常见的相螺旋波相比, 其中心不存在缺陷点, 同时仅在其变量的振幅部分(而非相位部分) 表现为螺旋结构. 本文通过数值方法研究了耦合复金兹堡-朗道方程中产生模螺旋波所需要的初始和参数条件.研究表明, 当双层耦合系统的初始斑图之间的差距较大时, 才能够产生模螺旋波; 同时观察到系统在参数不匹配的条件下会发生相螺旋波向模螺旋波的转变.通过对同步函数的计算, 发现该转变过程具有非连续性.  相似文献   

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