基于描述函数方法的神经群振荡分析

发布时间：2017-05-06 17:18

  本文关键词：基于描述函数方法的神经群振荡分析，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：神经群模型(Neural Mass Model, NMM)是包含有本质非线性环节(S函数)的高阶非线性系统,S函数对于神经模型的有着至关重要的作用,是神经群产生极限环振荡的根源。描述函数法(Describing Function Method)是确定非线性系统自激振荡特性的有效方法,其从频率域的角度研究非线性控制系统的稳定性。描述函数法分析非线性控制系统的有效性和准确度,主要取决于非线性环节输出周期函数中高次谐波分量在通过线性部分后被衰减的程度,而高阶系统具有良好的低通滤波特性,因而采用描述函数法进行分析准确度较好。 研究目的： 神经振荡在神经信息传输中起重要的作用,而模型中包含的非线性S函数是自激振荡的根源所在。本研究寻求多个非线性环节的处理方法,并应用非线性控制理论——描述函数法分析神经群模型的节律性振荡,获得不同参数下模型的振荡特性,还对含有多种振荡节律的多动力学神经群模型进行分析。应用描述函数法的神经群振荡特性分析不仅可以获得参数和回路结构对神经振荡规律的影响,还可以获悉神经群模型的自激振荡机制。 研究方法： 本论文基于描述函数方法分别对简单神经群模型、经典神经群模型和多动力学神经群模型的振荡特性进行了分析,主要的分析过程如下： 首先是模型结构的处理。对神经群模型反馈回路的非线性环节做线性化处理,仅保留前向通路的非线性环节,计算前向通路S函数的描述函数和线性环节的传递函数,将模型简化为应用理论分析的典型结构形式。 其次是基于描述函数法的理论分析。将非线性环节的负倒描述函数曲线与线性部分传递函数的奈奎斯特曲线画在同一个复平面内,寻找两者的交点,以判断系统是否有自激振荡行为。如果两者存在交点,判断系统是否存在稳定的自激振荡,并通过交点计算出振荡特性。 最后是仿真验证。在MATLAB/Simulink平台下搭建神经群原始结构的仿真模型,给定短时的微小初始扰动,观察模型的输出,并对输出波形做频谱分析以获得原始模型的振荡特性,通过仿真分析验证理论分析的准确性。 结果： 应用描述函数分析方法分别给出了三种神经群模型自激振荡特性的理论分析结果,分析结果显示： 1.中心点斜率替代的方式对简单神经群模型反馈回路进行处理,理论分析可以获得准确的频率特性,而幅度特性的分析结果偏大。 2.应用谐波线性化方式对经典神经群模型反馈回路进行处理,描述函数法可以给出准确的频率特性和幅度特性。 3.描述函数法可以定性的获得多动力学神经模型的频率特性。 计算得到了各模型的自激振荡特性,仿真结果验证了理论分析的有效性。 本论文的研究从信息学角度揭示了神经自激振荡的产生机制,并为神经振荡的调控提供理论支持。本文的研究表明描述函数法是分析神经模型这一复杂非线性系统行之有效的方法,可进一步推广到其它神经模型自激振荡的研究中。
【关键词】：神经群模型 S函数 描述函数法 多非线性环节 自激振荡
【学位授予单位】：天津医科大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：R338;R311
【目录】：

• 中文摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 前言10-16
• 1.1 研究背景10-14
• 1.1.1 神经群模型10-12
• 1.1.2 非线性S函数12-14
• 1.2 研究目的、内容及创新点14-16
• 第2章 研究对象与方法16-26
• 2.1 神经群模型16-20
• 2.1.1 模型介绍16-19
• 2.1.2 基本模块19-20
• 2.2 描述函数法20-23
• 2.3 仿真分析过程23-26
• 第3章 研究结果26-58
• 3.1 S函数的描述函数求解26-29
• 3.2 简单神经群模型振荡特性分析29-41
• 3.2.1 模型处理29-31
• 3.2.2 振荡特性分析31-36
• 3.2.3 仿真分析36-38
• 3.2.4 参数对系统振荡特性的影响38-41
• 3.3 经典神经群模型振荡特性分析41-51
• 3.3.1 模型处理41-45
• 3.3.2 振荡特性分析45-48
• 3.3.3 仿真分析48-50
• 3.3.4 反馈回路对系统振荡特性的影响50-51
• 3.4 多动力学神经群模型振荡特性分析51-58
• 3.4.1 模型处理51-52
• 3.4.2 振荡特性分析52-55
• 3.4.3 仿真分析55-58
• 第4章 结论与讨论58-62
• 4.1 结论58-59
• 4.2 讨论59-62
• 4.2.1 非奇对称S函数的处理59-60
• 4.2.2 神经群模型的调控60-62
• 参考文献62-68
• 发表论文和参加科研情况说明68-69
• 综述69-82
• 综述参考文献79-82
• 致谢82

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 吴俊娟;孙孝峰;邬伟扬;;串联谐振变换器的扩展描述函数法建模研究[J];电力电子技术;2011年04期

2 张聚,杨马英,王万良;基于Simulink的非线性系统自激振荡的仿真研究[J];电气电子教学学报;2003年02期

3 刘昶;蒋明;周霁红;;具有多个非线性环节飞机-控制回路极限环振荡研究[J];飞行力学;1987年02期

4 周伟雄,靳东明,李志坚;模拟神经元电路实现研究现状与进展[J];固体电子学研究与进展;2002年03期

5 饶小平;许智祥;徐富强;;大脑皮层内活动依赖的神经环路结构可塑性研究进展[J];动物学研究;2012年05期

6 周道其;大脑自我保护与α节律[J];发明与创新;2003年05期

7 ;Memristive crossbar array with applications in image processing[J];Science China(Information Sciences);2012年02期

8 任丰原,林闯,王福豹;RED算法的稳定性:基于非线性控制理论的分析[J];计算机学报;2002年12期

9 彭建华,刘延柱;脑科学中若干非线性动力学问题[J];力学进展;2003年03期

10 崔冬;李小俚;吉学青;刘兰祥;;多通道神经群模型建模及分析[J];中国科学:信息科学;2011年08期

  本文关键词：基于描述函数方法的神经群振荡分析，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：348817