癲癇動力學與控制

目錄　
前言　
第1章　基礎知識　1　
1.1　癲癇網絡研究的意義　1　
1.2　癲癇全面性發(fā)作和局灶性發(fā)作　2　
1.2.1　癲癇失神發(fā)作與強直–陣攣性發(fā)作　2　
1.2.2　局灶性癲癇發(fā)作　3　
1.2.3　致癇灶定位　4　
1.3　癲癇的生理解剖基礎　4　
1.4　癲癇動力學計算模型　6　
1.4.1　神經元網絡模型　7　
1.4.2　神經元群模型　7　
1.4.3　平均場模型　11　
1.5　癲癇發(fā)作的動力學機制　12　
1.6　癲癇的神經調控策略與優(yōu)化　15　
1.6.1　癲癇的電刺激神經調控　15　
1.6.2　刺激模式設計　15　
1.6.3　雙相電刺激調控的物理方法　17　
1.6.4　自適應控制基本思想　18　
1.7　網絡可控性理論　21　
1.7.1　經典的可控性理論　21　
1.7.2　結構可控性定理　22　
1.7.3　*少輸入定理　24　
1.8　相空間重構　25　
1.9　本書內容安排　26　
參考文獻　28　
第2章　局灶性癲癇數(shù)據統(tǒng)計建模及動力學機理分析　36　
2.1　引言　36　
2.2　癲癇發(fā)作的生物標志物——拉普拉斯矩陣秩下降　37　
2.2.1　引言　37
2.2.2　數(shù)據與方法　37　
2.2.3　結果與分析　45　
2.3　局灶性癲癇病灶定位及術后效果預測（一）　51　
2.3.1　問題描述　51　
2.3.2　數(shù)據與方法　52　
2.3.3　病灶定位及仿真結果　57　
2.4　局灶性癲癇病灶定位及術后效果預測（二）　61　
2.4.1　引言　61　
2.4.2　數(shù)據與方法　61　
2.4.3　兩條耦合癲癇EEG信號的同步和因果分析　66　
2.4.4　臨床多通道EEG信號的網絡分析　68　
2.4.5　癲癇效應網絡構建　72　
2.4.6　癲癇網絡可控性分析　74　
2.4.7　癲癇網絡的刺激調控效果　76　
2.5　癲癇病態(tài)信息流方向識別與電刺激調控　77　
2.5.1　引言　77　
2.5.2　模型和方法　78　
2.5.3　單向耦合突觸對方向的識別效果　83　
2.5.4　自突觸調節(jié)對方向演化的影響　85　
2.5.5　短期突觸可塑性對方向演化的影響　86　
2.5.6　刺激對方向辨識演化的調控效果　87　
2.6　本章小結　89　
參考文獻　90　
第3章　丘腦中繼核調控失神癲癇發(fā)作動力學建?！?00　
3.1　引言　100　
3.2　丘腦中繼核與皮質遞歸興奮性環(huán)路誘發(fā)癲癇失神發(fā)作的動力學機理　100　
3.2.1　問題描述　100　
3.2.2　模型描述　102　
3.2.3　刺激誘導的周期性發(fā)作　104　
3.2.4　皮質–丘腦遞歸興奮性作用誘導的放電轉遷　107　
3.2.5　刺激誘導的SWD振蕩動力學機制　110　
3.2.6　去抑制作用對刺激誘導的SWD的控制效果　112　
3.3　丘腦中繼核調控皮質前饋抑制性環(huán)路誘發(fā)癲癇失神發(fā)作的動力學機理　115
3.3.1　問題描述　115　
3.3.2　模型描述與動力學分析　117　
3.3.3　數(shù)值方法　119　
3.3.4　前饋抑制性環(huán)路中TC-EX通路對失神發(fā)作轉遷的動力學效果　120　
3.3.5　前饋抑制性環(huán)路中TC-IN通路誘導的失神–陣攣性發(fā)作轉遷　123　
3.3.6　前饋抑制性環(huán)路TC-EX和TC-IN通路聯(lián)合效果　126　
3.4　本章小結　127　
參考文獻　128　
第4章　丘腦網狀核調控失神癲癇發(fā)作動力學建?！?35　
4.1　引言　135　
4.2　丘腦網狀核介導的癲癇失神發(fā)作與睡眠紡錘波轉遷動力學　136　
4.2.1　問題描述　136　
4.2.2　模型描述　137　
4.2.3　丘腦網狀核誘導的癲癇失神發(fā)作SWD向慢波振蕩轉遷　140　
4.2.4　刺激誘導SWD和慢波振蕩的動力學機制　142　
4.2.5　*優(yōu)刺激參數(shù)選擇　144　
4.2.6　空間擴展的多室網絡動力學　144　
4.2.7　轉遷動力學的多穩(wěn)態(tài)吸引子共存結構　149　
4.2.8　棘慢波與紡錘波的網絡演化穩(wěn)定性　150　
4.3　丘腦網狀核對癲癇失神發(fā)作的起搏器作用　153　
4.3.1　問題描述　153　
4.3.2　單室模型情形　153　
4.3.3　鏈式擴展模型　159　
4.3.4　環(huán)式擴展模型　160　
4.4　本章小結　163　
參考文獻　164　
第5章　皮質--丘腦環(huán)路時滯調控癲癇失神發(fā)作及其同步轉遷動力學　170　
5.1　引言　170　
5.2　改進的單室MCT時滯網絡動力學模型　171　
5.2.1　模型描述　171　
5.2.2　數(shù)值算法　172　
5.2.3　時滯誘導的睡眠紡錘波向多棘慢波轉遷　173　
5.3　兩室MCT時滯耦合網絡動力學模型　176　
5.3.1　時滯耦合的同步動力學模型　176　
5.3.2　時滯誘導的m-SWD同步動力學　176
5.4　失神發(fā)作同步轉遷的自適應反饋控制　180　
5.5　本章小結　188　
參考文獻　189　
第6章　基于皮質--基底節(jié)--丘腦環(huán)路的癲癇失神發(fā)作的調控動力學　193　
6.1　引言　193　
6.2　刺激基底節(jié)及其自激作用對癲癇失神發(fā)作的控制效果　193　
6.2.1　問題描述　193　
6.2.2　改進的皮質–基底節(jié)–丘腦環(huán)路結構和模型描述　194　
6.2.3　電荷平衡的雙相脈沖刺激模式　198　
6.2.4　SWD的控制指標　200　
6.2.5　STN自突觸動力學誘導的SWD發(fā)作終止　200　
6.2.6　后向投射路徑對SWD控制的強化效果　201　
6.2.7　高頻和低頻刺激對SWD振蕩的雙向調控　203　
6.2.8　雙相脈沖相位間期對SWD的控制效果　206　
6.3　基于基底節(jié)調節(jié)作用的失神發(fā)作的閉環(huán)控制　207　
6.3.1　問題描述　207　
6.3.2　網絡結構及其動力學模型　209　
6.3.3　m:n開–關協(xié)調重置深腦刺激　211　
6.3.4　數(shù)值方法　214　
6.3.5　皮質和丘腦自激勵及其聯(lián)合作用誘導的SWD動力學　215　
6.3.6　目標核團的*優(yōu)刺激脈沖相位確定　217　
6.3.7　多目標并行或隨機重置刺激的時空模式　219　
6.3.8　m: n開–關CRS（－，－，+）相位脈沖刺激作用于（PY，TC，RE）　220　
6.3.9　定向刺激調控的改善效果　221　
6.3.10　刺激終止SWD發(fā)作的動力學解釋　223　
6.3.11　皮質–基底節(jié)傳入通路和基底節(jié)–丘腦傳出通路誘導的失神癲癇發(fā)作　226　
6.3.12　基于基底神經節(jié)調節(jié)的失神發(fā)作的反饋閉環(huán)控制　228　
6.4　本章小結　230　
參考文獻　231　
附錄A　算法代碼　238　
A.1　相空間圖分析　238　
A.2　神經元耦合模型　241　
A.3　事件同步及因果分析　245