基于非線性與復雜網(wǎng)絡方法的腦和血流動力學研究.pdf

1、生命現(xiàn)象涉及非線性、層次和網(wǎng)絡。在研究生命活動時，非線性和復雜網(wǎng)絡方法尤為值得重視。這些方法運用到腦和血流動力學研究中，有望為探討神經(jīng)系統(tǒng)疾病和心腦血管疾病的發(fā)病機理和診療效果提供新的思路，具有重要的理論和實際意義。 本文應用非線性和復雜網(wǎng)絡的研究方法，從數(shù)值模擬和實驗研究著手，分析了腦和血流動力學領域的一些相關問題，并提出了今后的進一步研究方向。本文工作主要有以下幾個方面： (1)以Hindmarsh-Rose神經(jīng)元為

2、節(jié)點，按Hopfield規(guī)則構(gòu)造網(wǎng)絡，考慮大腦中神經(jīng)元連接的生理學實際情況，數(shù)值模擬研究實現(xiàn)在不同連接強度時以及隨機概率連接情況下大腦神經(jīng)網(wǎng)絡的模式分割； (2)研究非線性耦合反饋施加在方程的不同位置時兩個相互耦合的Hindmarsh-Rose神經(jīng)元的混沌同步，提出并證明了耦合反饋施加在恢復變量方程右端能夠?qū)е孪到y(tǒng)產(chǎn)生混沌同步，通過條件Lyapunov指數(shù)的計算驗證同步穩(wěn)定性； (3)采用發(fā)展的SC方法研究具有最近鄰域連

3、接形式的Hindmarsh-Rose神經(jīng)網(wǎng)絡混沌同步。數(shù)值模擬給出了3個及4個神經(jīng)元最近鄰域耦合網(wǎng)絡產(chǎn)生完全同步的耦合強度范圍，并分析了網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)和噪聲施加位置共同作用下系統(tǒng)的同步情況，同時發(fā)現(xiàn)對于5個及更多數(shù)量的最近鄰域連接神經(jīng)網(wǎng)絡，很難實現(xiàn)其完全同步，計算條件Lyapunov指數(shù)對結(jié)果進行了驗證； (4)利用腦電圖數(shù)據(jù)構(gòu)建正常人群與酒精成癮患者的大腦功能性網(wǎng)絡，分析各項復雜網(wǎng)絡統(tǒng)計特征值驗證其復雜網(wǎng)絡特性，并證明患者大腦功能性

4、網(wǎng)絡各項復雜網(wǎng)絡特征指數(shù)與正常人相比有明顯不同；定義大腦神經(jīng)網(wǎng)絡信息熵及神經(jīng)網(wǎng)絡標準信息熵的概念，給出相應計算公式，數(shù)值計算發(fā)現(xiàn)腦病患者的神經(jīng)網(wǎng)絡信息熵明顯小于正常人。從一個全新的角度評價了大腦的復雜網(wǎng)絡特征并提示了臨床腦病診療的判斷依據(jù)； (5)完成動脈低血流和高血壓大鼠模型實驗，取得血流波形數(shù)據(jù)，計算低血流及高血壓大鼠頸總動脈血流信號時間序列的最大Lyapunov指數(shù)，為臨床評價高血壓、動脈粥樣硬化及腦血管疾病的內(nèi)在聯(lián)系提出