[发明专利]超声刺激下双神经元去同步的模糊控制方法、系统和设备

说明书

本发明公开了超声刺激下双神经元去同步的模糊控制方法、系统和设备。通过经颅磁声刺激模型和双神经元模型对超声数据和去同步状态指标的深度解读，联合闭环模糊自适应PID控制思想协作分析，可以很好地解决可兴奋神经元的去同步问题，同时使得去同步化指标即双神经元放电峰峰间期之和ISI即使是在模型参数变动的情况下依然能够保持对应的稳定最大值，记录对应的超声波数据，显著提高神经元去同步化程度，并消除双神经元模型参数变动带来的影响，使得本发明更准确的应用于与超声数据、闭环模糊自适应PID控制以及神经元去同步化有关的精神类疾病发生发展的辅助控制、方案的辅助选择。

技术领域

本发明涉及神经科学领域和控制科学领域，尤其是超声刺激下双神经元去同步的模糊控制方法、系统和设备。

背景技术

生物神经元系统是由数目巨大的神经细胞组成，这些神经细胞之间通过放电进行着丰富的信息传递活动，构成了生物神经元的信息网络支持生物体的正常生命活动。神经元细胞之间传递信息是通过峰峰放电形式实现的，不同放电方式编码了不同的信息，因此可以通过研究神经元系统峰峰放电探索神经元放电规律和动力学特性。生物信息在神经系统中是由一个神经元传递到一下个神经元的，神经元之间的耦合方式包括常见的化学耦合和电耦合，动作电位通过电耦合经一个神经元传递到下一个神经元的速度比化学耦合快，因此通常认为电耦合特性使得神经元间产生同步运动。两个神经细胞之间的同步放电是整个神经网络的基础，所以两个神经细胞之间的耦合神经元系统同步是整个神经网络信息传递的关键。耦合双神经元或神经集群的同步放电会造成癫痫、帕金森等神经性精神类疾病，近年来的研究表明利用外界物理技术刺激神经的方式(如，外加电流刺激、磁声刺激)可以改变神经元的放电节律。

近年来，高频高强度超声波在医学领域上广泛应用，如：超声成像、超声碎石仪、超声刀和非侵入性肿瘤消融技术等。低强度经颅超声刺激作为一种新型的神经调控技术，具有无创、高穿透深度和高空间分辨率的特点，备受科研工作人员的关注，研究重点聚焦于不同的超声参数(频率、刺激强度、峰值压力幅值、占空比、持续时间、脉冲重复频率)和对精神类疾病的治疗和调控作用。在大量的动物模型和人体实验表明，超声调控脑组织会引起作用原位的神经功能活动；低强度经颅超声刺激健康小鼠运动皮层区域能够诱发尾部、四肢和胡须的运动响应，改变局部场电位和增强脑血流速度；低强度经颅超声刺激能够安全且快速地破坏猕猴大脑外侧面额前区域与信度分配相关的活动，使得猕猴不能理解某些选择会产生更好的结果；低强度经颅超声神经调控能够抑制癫痫、帕金森的发作。

PID控制有着原理简单，使用方便，适应性强的特点，但同时具有控制精度低、抗干扰能力差等缺点，模糊自适应PID控制是在PID控制算法的基础上，以测量值的偏差e和偏差变化率ec作为输入，利用模糊规则进行模糊推理，查询模糊矩阵表进行参数调整，来满足不同时刻的e和ec对PID参数自整定的要求。特别的，当系统参数受到扰动时，测量值会发生变化，可利用e和ec的变化和模糊规则对PID参数进行修改，调整PID控制器的输出信号，进而调整仿真模型的输入信号，最终使得控制指标保持稳定。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供超声刺激下双神经元去同步的模糊控制方法、系统和设备，基于模糊自适应PID控制算法，将经颅磁声刺激模型和双神经元模型联立，利用闭环模糊控制使得双神经元放电去同步保持最大化，并得到最佳超声刺激参数，这是闭环模糊自适应PID控制思想在神经元放电去同步方面的创新，为治疗癫痫以及帕金森等疾病寻找最佳超声刺激参数提供了理论研究方法，发掘超声刺激在功能性脑病临床治疗中的应用价值。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：超声刺激下双神经元去同步的模糊控制方法，包括以下步骤：

步骤S1、获取当前仿真的超声波数据，所述超声波数据包括刺激强度和/或频率；

步骤S2、将所述超声波数据输入经颅磁声刺激模型，得到双神经元模型刺激电流；

步骤S3、将所述双神经元模型刺激电流输入双神经元模型，得到双神经元膜电位时间响应曲线；