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基于功率谱的神经元放电早期预警信号

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在神经系统中,脑疾病的发生往往对应着神经系统的临界转迁与神经元的异常放电,因此对临界转迁的早期预警信号(EWS)的研究有助于预测神经元的放电行为,从而预防脑疾病的发生。传统EWS,如自相关系数、方差等指标,虽然能对动力系统的分岔点进行早期预警,但其无法对分岔类型进行区分。而基于功率谱的EWS可以有效预测分岔点并区分分岔类型,且在气候及生态模型上的预测效果良好。本文将基于功率谱的EWS应用在神经元系统中,先后考察了 Morris-Lecar和Hindmarsh-Rose模型神经元放电所对应的4种余维一分岔点前的临界现象,分别计算了传统EWS和基于功率谱的EWS,并进行对比分析。结果表明基于功率谱的EWS能有效预测神经元放电,并且能对不同神经元的Ⅰ型兴奋和Ⅱ型兴奋作出区分。本研究对神经系统的临界转迁的预测有着重要的指导意义,对神经系统疾病的诊断和治疗有着重要的启示作用。

李松蔚、谢勇

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西安交通大学,复杂服役环境重大装备结构强度与寿命全国重点实验室,陕西省无损检测与结构完整性评价工程技术研究中心,西安 710049

神经动力学 功率谱 临界转迁 早期预警信号

2025

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物理学报
中国物理学会,中国科学院物理研究所

物理学报

北大核心
影响因子:1.038
ISSN:1000-3290
年,卷(期):2025.74(1)
李松蔚,谢勇.基于功率谱的神经元放电早期预警信号[J].物理学报,2025,74(1):17-29.DOI:10.7498/aps.74.20241471.