电磁辐射下忆阻突触耦合神经网络的动力学研究

论文摘要

神经系统中大规模的离子交换和信号传输会产生复杂的电磁辐射,该电磁辐射对神经系统动力学行为的影响是不可忽略的。本文使用具有磁通变量的忆阻器模型改进了经典电突触模型,考察了神经系统内电磁辐射对其动力学行为的影响。论文首先为提高忆阻器模型在复杂网络中应用的有效性,进一步优化了忆阻器的漂移模型,发展了一种新型正弦窗口函数。仿真表明具有正弦型窗口函数的忆阻器模型表现出很好的可靠性。将新模型作为突触耦合项应用于Hopfield神经网络,并引入了电磁辐射效应作为控制参量。模拟发现该网络呈现出丰富的动力学行为,例如稳定态,周期态和混沌态。这部分工作已发表在Indian J Phys.期刊上。其次,构建忆阻突触耦合的Hindmarsh-Rose神经元系统,研究了电磁辐射下神经系统的集体行为和调节机制。模拟发现,神经系统中电磁辐射可能会引起神经元出现异常放电和异常同步放电,为进一步研究癫痫等神经系统疾病提供了新的思路。另外,当耦合系统处于同步状态时,忆阻突触的忆阻会随着神经元的放电行为变化而同时发生变化,这意味着忆阻突触可以有效地模拟生物突触的可塑性,并可以实现忆阻突触对外部刺激信号的有效记忆功能,这部分工作在Nonlinear Dyn.期刊上发表。最后,我们考察了电磁辐射效应对多层忆阻神经网络的时空动力学的影响。通过调节耦合强度和忆阻突触的参数,每层子网中都出现了相干态和非相干状态共存的奇异态,并且层间忆阻突触网络中也发现了奇异态。此外,通过讨论这种多层忆阻神经网络的层间同步行为,研究了多层网络的不同子网中奇异态的时空演化规律,这个工作也被发表在Nonlinear Dyn.期刊。本文研究结果表明,构建具有忆阻突触耦合的神经系统模型,发现系统内电磁辐射作用在调节其动力学行为中起着重要作用,这为研究神经系统相关疾病发生机制找到了新的重要思路,也为揭示人脑中神经系统的记忆行为提供了有用的线索。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 复杂网络动力学研究背景及现状
•   1.2 耦合神经网络研究背景及现状
•     1.2.1 神经元模型简介
•     1.2.2 耦合神经网络的同步动力学的研究
•   1.3 忆阻器模型研究
•   1.4 忆阻神经网络研究进展
•   1.5 本文的研究内容及意义
• 第二章 忆阻器的新型非线性掺杂动力学模型及其应用
•   2.1 引言
•   2.2 正弦型窗口函数开发
•   2.3 结果与讨论
•     2.3.1 忆阻器的伏安特性
•     2.3.2 调整窗口函数内置参数
•     2.3.3 构建Simulink模型与仿真
•   2.4 新模型应用于复杂网络动力学研究
•   2.5 本章小结
• 第三章 忆阻突触耦合神经系统的同步动力学
•   3.1 引言
•   3.2 忆阻突触耦合下的神经系统建模
•   3.3 结果与讨论
•   3.4 本章小结
• 第四章 多层忆阻神经网络中的奇异态和同步行为
•   4.1 引言
•   4.2 多层忆阻神经网络建模
•   4.3 结果与讨论
•     4.3.1 子网中出现不完美旅行奇异态
•     4.3.2 忆阻突触网络中出现奇异态
•     4.3.3 整个网络的同步行为和奇异态
•   4.4 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 参考文献
• 附录 :读研期间发表的论文、主持的项目等情况
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 徐飞

导师: 张季谦

关键词: 忆阻器,复杂网络,电磁辐射,同步,奇异态

来源: 安徽师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 生物学,无线电电子学,自动化技术

单位: 安徽师范大学

基金: 安徽师范大学研究生科研创新与实践项目(No.2017cxsj045)

分类号: TP183;TN60;Q42

总页数: 72

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