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电磁辐射环境下自组织神经元网络拓扑特性及动力学行为

2021-04-09成昕鸿

西安科技大学学报 2021年2期
关键词:磁场效率

王 荣,成昕鸿,周 峰

(1.西安科技大学 理学院,陕西 西安 710054;2.西安科技大学 测绘科学与技术学院,陕西 西安 710054)

0 引 言

神经元是神经系统基本的结构与功能单位,其通过突触连接传递神经信息,构成复杂的网络结构[1-2]。基于突触可塑性,外界神经刺激会重塑突触连接,使神经元网络结构动态改变以满足大脑认知功能的需求[3]。这种局部神经回路与全局动力学之间的反馈耦合构成了大脑演化、学习和记忆的基础[4]。研究表明,动态变化的神经元网络具有自组织结构,在局部回路和全局回路都有较高的信息传递效率[5]。李秀敏等发现与全局连接和随机连接网络相比,自组织神经元网络可以产生更高的相干共振,随机共振以及信息传递效率[6-7]。因此,研究自组织神经元网络的形成,对于理解大脑演化以及学习记忆的形成机理具有重要意义。

神经系统受到电磁辐射的影响,并且电磁场刺激在治疗以及研究诸多神经系统紊乱中得到广泛应用,如经颅磁刺激(transcranial magnetic stimulation,TMS)可以在特定脑区产生磁场,从而调节大脑神经活动[8]。AKIYAMA等通过实验发现电磁场可以诱发CA1椎体神经元膜的超极化[9]以及大脑神经组织中产生胞外电场[10]。李佳佳等通过数值模拟发现手机电磁辐射可以诱发神经元由周期性放电转迁到簇放电模式[2]。但是,电磁辐射对神经元放电活动的调节作用尚不完全清楚,尤其是通过将电磁辐射等效成施加在神经元上的刺激电流进行的,没有体现电场-磁场耦合这一物理过程[2]。……

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