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易国胜;王，江;李慧艳;魏锡乐;邓斌

两室神经元对细胞外电场的最小能量控制。 （英语） Zbl 1510.92057号

Commun公司。非线性科学。数字。模拟。 40, 138-150 (2016).
小结：本文研究了神经元细胞外电场（EF）刺激的能量优化问题。我们利用最优控制理论为简化的两室模型设计了一个低能EF输入。它的工作原理是驱动神经元密切跟踪规定的棘波序列。引入成本函数来平衡相互矛盾的目标，即跟踪误差和EF刺激能量。通过使用变分法，我们将成本函数的最小化转化为一个六维两点边值问题。通过求解三个基本分岔情况下的BVP，表明该控制方法能够为神经元提供能量减少的最优EF刺激，以有效跟踪规定的棘波序列。此外，从棘突起始的生物物理基础的角度解释了所采用方法的可行性。这些研究有助于设计细胞外神经刺激的刺激剂量，也有助于解释细胞外场对神经活动的影响。

引用于三文件

MSC公司：

92C20美元 神经生物学

关键词：

能量优化;细胞外电场;简化的两室模型;最优控制理论
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\textit{G.-S.Yi}等人，Commun。非线性科学。数字。模拟。40、138-150（2016年；Zbl 1510.92057）
全文： 内政部

参考文献：

[1] Hariz，M.，《深部脑刺激：新技术》，Park Relat Disord，20，Suppl 1，S192-S196（2014）
[2] Niparko，J.K.，《人工耳蜗植入：原理与实践》（2009年），Lippincott Williams&Wilkins出版社
[3] Winfree，C.J.，脊髓刺激缓解慢性疼痛，Curr Surg，62，5，476-481（2005）
[4] 马丁斯，J.C。；Sousa，L.A.，《生物电子视觉：视网膜模型、评估指标和系统设计》（2009年），《世界科学：新加坡世界科学》
[5] Miocinovic，S。；Grill，W.M.，时间激励特性对细胞外刺激激活的神经元元件的敏感性，神经科学方法杂志，132，1，91-99（2004）
[6] Joucla，S。；Yvert，B.，《细胞外电神经刺激建模：从基本理解到基于MEA的应用》，巴黎生理杂志，106，3-4，146-158（2012）
[7] 沙阿，S.A。；Schiff，N.D.，《中枢丘脑深部脑刺激用于认知神经调节——拟议机制和调查研究综述》，《欧洲神经科学杂志》，32，7，1135-1144（2010）
[8] 诺瓦克，K。；混合物E。；Gimsa，J。；美国施特劳斯。；斯里佩隆布杜尔，K.K。；Benecke，R.，《优化帕金森氏病啮齿动物模型以探索脑深部刺激的作用和机制》，Park Dis，2011年，第414682页，（2011）
[9] Joucla，S。；A.格里尔。；Yvert，B.，《细胞外电神经微刺激模型的当前方法》，Front Comput Neurosci，8，13（2014）
[10] Meffin，H。；Tahayori，B。；谢尔盖夫，E.N。；马利尔斯，I.M。；Grayden，D.B。；Burkitt，A.N.，细胞外电刺激建模：III.神经组织方程的推导和解释，神经工程杂志，11，6，文章065004 pp.（2014）
[11] Tahayori，B。；Meffin，H。；多科斯，S。；Burkitt，A.N。；Grayden，D.B.，《细胞外电刺激建模：II》。计算验证和数值结果，《神经工程杂志》，9，6，第065006页（2012）
[12] McIntyre，C.C。；Grill，W.M。；谢尔曼，D.L。；Thakor，N.V.，《脑深部刺激的细胞效应：基于模型的激活和抑制分析》，《神经生理学杂志》，91，4，1457-1469（2004）
[13] Buitenweg，J.R。；Rutten，W.L。；Marani，E.，《神经元-电极接触的几何模型解释的细胞外刺激窗口》，IEEE Trans-Bomedid Eng，49，12 Pt 2，1591-1599（2002）
[14] Radman，T。；拉莫斯，R.L。；布伦伯格，J.C。；Bikson，M.，皮层细胞类型和形态在阈下和阈上均匀电场刺激中的作用，脑刺激，2，4，215-228（2009）
[15] 比克森，M。；井上，M。；秋山，H。；Deans，J.K。；福克斯，J.E。；Miyakawa，H.，均匀细胞外直流电场对体外大鼠海马脑片兴奋性的影响，《生理学杂志》，557，Pt 1，175-190（2004）
[16] Gorzelic，P。；希夫，S.J。；Sinha，A.，基于模型的理性反馈控制器设计，用于帕金森氏病的闭环脑深部刺激，神经工程杂志，10，2，文章026016 pp.（2013）
[17] Foutz，T.J。；McIntyre，C.C.，《脑深部刺激新刺激波形的评估》，《神经工程杂志》，第7、6期，第066008页，（2010年）
[18] Wongsarnpigoon，A。；Grill，W.M.，《用遗传算法揭示神经刺激的节能波形》，《神经工程杂志》，第7、4期，第046009页，（2010年）
[19] Wongsarnpigeon，A。；Woock，J.P。；Grill，W.M.，神经纤维电激励波形的效率分析，IEEE Trans Neural Syst Rehabil Eng，18，3，319-328（2010）
[20] 穆贾希德，A。；d'Anjou，A。；Torrealdea，F.J。；Torreadea，F.，《Hodgkin-Huxley神经元中的能量和信息》，《物理评论》E，83，3 Pt 1，第031912页，（2011）
[21] Sengupta，B。；Laughlin，S.B。；Niven，J.E.，将分级电位转换为动作电位对神经信息编码和能源效率的影响，PLoS Comput Biol，10，1，文章e1003439 pp.（2014）
[22] Sengupta，B。；费萨尔，A.A。；Laughlin，S.B。；Niven，J.E.，《细胞大小和通道密度对神经元信息编码和能量效率的影响》，《Cereb血流Metab杂志》，33，9，1465-1473（2013）
[23] Yi，G.S。；Wang，J。；Tsang，K.M。；Wei，X.L。；Deng，B.，具有不同尖峰阈值动力学的神经元的输入-输出关系和能量效率，Front Comput Neurosci，9，62（2015）
[24] Moehlis，J。；Shea-Brown，E。；Rabitz，H.，尖峰神经元相位模型的最佳输入，《计算非线性动力学杂志》，1358-367（2006）
[25] Danzl，P。；纳比，A。；Moehlis，J.，尖峰神经元相位模型的电荷平衡尖峰计时控制，离散Contin Dyn系统，281413-1435（2010）·Zbl 1197.92008号
[26] 乌拉·G。；Schiff，S.J.，《神经元Hodgkin-Huxley动力学的跟踪和控制》，《物理评论E》，79，4第1部分，第040901页，（2009）
[27] Danzl，P。；赫斯帕尼亚，J。；Moehlis，J.，振荡神经元模型的基于事件的最小时间控制：相位随机化、最大峰值速率增加和去同步，Biol Cybern，101，5-6，387-399（2009）·Zbl 1345.92037号
[28] Ellinger，M。；Koeling，医学博士。；Miller，D.A。；遣散费，F.L。；Stahl，J.，探索在神经元模型中提供膜电压跟踪的最佳电流刺激，Biol Cybern，104，3，185-195（2011）·Zbl 1232.92034号
[29] 科林，M.E。；米勒博士。；Ellinger，M。；遣散费，F.L。；Stahl，J.，在六维神经元模型中提供膜电压跟踪的电流刺激，J Dyn Syst Meas Control，135，4，Article 041014 pp.（2013）
[30] 新泽西州克鲁切夫。；丹纳，S.M。；Vinet，A。；Rattay，F。；Sawan，M.，《最小作用原理形成的能量最优电模拟脉冲》，《公共科学图书馆·综合》，9，3，e90480（2014）
[31] 纳比，A。；米尔扎德，M。；Gibou，F。；Moehlis，J.，耦合神经元的最小能量去同步控制，计算机神经科学杂志，34，2，259-271（2013）·Zbl 1276.92017号
[32] 纳比，A。；Stigen，T。；Moehlis，J。；Netoff，T.，《体外神经元的最小能量控制》，《神经工程杂志》，第10、3期，第036005页，（2013）
[33] Berzhanskaya，J。；北切尼。；格卢克曼，B.J。；希夫·S·J。；Ascoli，G.A.，阈下电场和网络拓扑对海马节律的调制，《计算神经科学杂志》，34，3，369-389（2013）
[34] Pashut，T。；马吉多夫，D。；Ben-Porat，H。；沃尔夫斯，S。；弗里德曼，A。；Perel，E.，磁刺激期间大鼠体感皮层急性脑片神经元的斑贴记录，Front Cell Neurosci，8，145（2014）
[35] Tranchina，D。；Nicholson，C.，通过外加电场实现神经元极化的模型，生物物理学J，50，6，1139-1156（1986）
[36] Pashut，T。；沃尔夫斯，S。；弗里德曼，A。；Lavidor，M。；Bar-Gad，I。；Yeshurun，Y.，《磁刺激中枢神经系统神经元的机制》，《公共科学图书馆计算生物学》，7，3，文章e1002022 pp.（2011）
[37] Yi，G.S。；Wang，J。；Wei，X.L。；Tsang，K.M.先生。；Chan，W.L。；Deng，B.，《通过二室神经元模型的动态分析探索细胞外电场如何调节神经元活动》，《计算神经科学杂志》，36，3，383-399（2014）
[38] Yi，G.S。；Wang，J。；Wei，X.L。；Tsang，K.M。；Chan，W.L。；Deng，B.，细胞外电场调制的神经元棘波启动，PLoS One，9，5，e97481（2014）
[39] Yi，G。；Wang，J。；Tsang，K.M.先生。；魏，X。；邓，B。；Han，C.，细胞外电场调制的二室神经元的尖峰频率适应，Biol Cybern，109，3，287-306（2015）·Zbl 1344.92044号
[40] Reilly，J.P.，《感应电流刺激周围神经：暴露于时变磁场》，《医学生物工程计算》，27，2，101-110（1989）
[41] 刘易斯，F.L。；Syrmos，V.L.，《最优控制》（1995），John Wiley&Sons，Inc.：纽约John Willey&Sons公司
[42] Lenhart，S。；Workman，J.T.，《应用于生物模型的最优控制》（2007），查普曼和霍尔：查普曼与霍尔伦敦·Zbl 1291.92010年
[43] Izhikevich，E.M.，《神经科学中的动力学系统：兴奋性和爆发的几何学》（2005年），麻省理工学院出版社：麻省理学学院出版社伦敦
[44] 普雷斯科特，S.A。；De Konink，Y。；Sejnowski，T.J.，动作电位启动的三种不同动力学机制的生物物理基础，《公共科学图书馆·计算生物学》，第4、10期，文章e1000198 pp.（2008）
[45] Yi，G.S。；Wang，J。；Tsang，K.M。；Wei，X.L。；Deng，B.，《棘波阈值如何取决于I型和II型神经元膜电位去极化率的生物物理见解》，《公共科学图书馆·综合》，第10、6期，文章e0130250页，（2015）
[46] Stigen，T。；Danzl，P。；Moehlis，J。；Netoff，T.，《控制振荡神经元的棘波计时和同步性》，《神经生理学杂志》，105，5，2074-2082（2011）
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