[发明专利]一种电磁辐射下的神经元电活动模拟器

说明书

技术领域

本发明属于电子技术领域，具体涉及一种电磁辐射下的神经元电活动模拟器。

背景技术

1952年，英国生物学家Hodgkin与Huxley提出了有关生物神经元电活动规律的离子学说，在这个基础上建立了能够模拟神经元膜电位活动的H-H神经元模型。该模型在恰当的参数和外界刺激下能够模拟诸如枪乌贼轴突动作电位实验中观察到的尖峰放电、簇放电和混沌放电等现象。1981年，CathyMorris和HaroldLecar对H-H模型进行简化得到了包含离子通道效应的Morris–Lecar神经元模型，目前在诸多的简化神经元模型中，Hindmarsh-Rose神经元模型则常常用来研究神经元电活动的模式迁移。另一方面，考虑生物实验的设备要求比较高，一些学者提出设计智能振荡电路来模拟神经元电活动的振荡行为，并利用频谱分析来研究神经元电活动的相位变化问题。2007年，Nowotny等研究了一类微神经元电路的尖峰放电和簇放电的动力学问题。2012年，Dahasert等利用积分器设计了一类神经元电路来模拟Hindmarsh-Rose神经元无自突触作用下的放电特性,并探讨了硬件实现和神经元电路同步问题。2014年马军等利用Pspice软件设计了一类包含离子通道效应的Morris–Lecar神经元电路来模拟神经元电活动特性。2015年任国栋等设计了一类包含自突触反馈的神经元电路来探究神经元电自突触的生物功能和自适应特性。

但无论哪种研究，当神经元或者神经组织处于复杂的电磁环境下，如图1所示，神经元电活动行为必然受到多尺度的影响，比如离子通道的电导和活化，激发性都可能受到影响，进一步影响神经元电活动规律。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种电磁辐射下的神经元电活动模拟器，考虑了神经元膜电位放电的电磁记忆效应，保证了神经元电活动规律。

本发明的电磁辐射下的神经元电活动模拟器，包括神经元电路，其还包括电磁辐射效应电路和加法器，且电磁辐射效应电路的输入端分别与神经元电路的输出端、等效外界磁通连接，以输入神经元响应即膜电位x和等效外界磁通量φ_ext，电磁辐射效应电路的输出端与加法器连接，输出电磁辐射效应电路对神经元的电磁辐射作用i与流入神经元细胞膜的离子电流I_ext经加法器求和后，接入神经元电路neuron的输入端，本神经元电活动模拟器工作稳定后输出包含电磁记忆效应的神经元响应即膜电位x。

所述电磁辐射效应电路包括：电阻Rm1～12，运放U11B、U11C、U11D，电容Cm1，乘法器Um1、Um2；

连接关系为：

电阻Rm2一端与运放U11B的同向输入端连接，另一端并入电阻Rm6与电阻Rm7之间；Rm3一端与运放U11B的反向输入端连接，另一端输入神经元的膜电位x；Rm1一端与运放U11B的反向输入端连接，另一端输入等效外界磁通φ_ext；Rm4的两端分别与运放U11B的输出端和反向输入端连接；

Rm5的两端分别与运放U11B的输出端、运放U11C的反向输入端连接；运放U11C的正向输入端接地，电容Cm1的两端分别与运放U11C的反向输入端和输出端连接；运放U11C的输出端串接Rm6和Rm7后接地；

乘法器Um2的输入端与运放U11C的输出端连接，乘法器Um2的输出端串接Rm8和Rm10后与运放U11D的反向输入端连接，Rm9的一端接地、另一端并入Rm8与Rm10之间，Rm11的一端接入电源正极、另一端与运放U11D的反向输入端连接，Rm12的两端分别与运放U11D的反向输入端和输出端连接；乘法器Um1的输入端分别与运放U11D的输出端、神经元的膜电位x连接，乘法器Um1的输出端输出电磁辐射作用i。

本发明具有如下有益效果：

在现有的神经元电路上增加了电磁辐射效应电路，引入了磁通变量，构建了电磁环境下神经元电活动模型，考虑了神经元膜电位放电的电磁记忆效应，从而保证了神经元电活动规律。

附图说明

图1为现有技术的神经元电活动模拟器示意图；

图2为本发明的电磁辐射下的神经元电活动模拟器示意图；

图3为本发明的电磁辐射效应电路示意图。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。