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FCM模型的相平面图分析及其电刺激响应

作　者: 王丹
导　师: 乔清理
学　校: 天津医科大学
专　业: 生物医学工程
关键词: 视觉假体视网膜神经节细胞 FCM模型电刺激响应相平面分析仿真
分类号: R774
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

研究目的：视网膜中,视网膜神经节细胞是唯一能够形成动作电位,并投射于中枢神经的视网膜组成部分。它的生理特性和电刺激响应活动,对用于视觉恢复的视觉假体的研制具有重要的意义。本论文应用Fohlmeister, Coleman和Miller提出的被称之为FCM模型的视网膜神经节细胞模型,来研究模型对输入不同电刺激的响应活动,并用相平面图的方法来分析模型中各离子通道对动作电位产生的作用,这将为我们进一步探究视网膜神经节细胞的功能,研究人工视觉假体提供支持。研究方法：1.基于MATLAB平台,应用FCM模型对视网膜神经节细胞的放电活动进行仿真,并进行分析。同时,在FCM模型仿真的基础上,研究钙离子电导的变化,以及钙离子通道和钙离子激活的钾通道在视网膜神经节细胞放电过程中的作用。2.选取不同的电刺激方式,分析不同大小的直流电刺激和不同大小不同频率正弦电刺激对于神经节细胞放电过程的影响；并计算视网膜神经节细胞动作电位在轴突上的传播速度。3.用相平面图的分析方法,来深入分析动作电位产生过程当中,各个离子电导变化情况,以及在脉冲放电过程中,动作电位的变化。研究结果：1.通过分析FCM模型,发现钠离子通道,钙离子通道,以及三种钾离子通道在钳定电压下的变化(如图3.1),而且它们在动作电位形成过程中所起作用各不相同,作用阶段也不相同。而通过分析FCM模型发现,钙离子通道对FCM模型膜电位的频率和大小都有特殊的影响。2.FCM模型放电脉冲频率随着直流电刺激的变大而变大,产生的动作电位有明显的大小变化。随着正弦刺激频率的增大,FCM模型放电形式由爆发放电形式逐渐变为有规律的节律放电。而随着正弦刺激幅度的增大,FCM模型放电频率增大,直到变为无阻尼振荡运动。3.FCM模型的放电活动,在相平面图中有不同的表现。研究结论：1.钙离子通过电压门控钙离子通道和以及钙离子激活的钾离子通道,对FCM模型的放电活动及动作电位波形产生影响。这进一步从模型仿真的角度解释了视网膜神经节细胞中钙离子在动作电位波形,以及放电活动等生理活动中的作用。2.由于不同的电刺激活动,对FCM模型的影响各不相同。因此研究不同刺激对FCM模型的影响,这对于以后视觉假体刺激大小的选择,具有重要意义。3.本论文中,相平面图分析方法是一种有效分析FCM模型放电活动中动作电位形成过程的一种方法,能够直观地观察动作电位各个不同形成阶段的特点,以及脉冲放电过程中各动作电位的不同。

全文目录

中文摘要  4-6
Abstract  6-10
缩略语/符号说明  10-11
一、前言  11-18
  1.1 研究背景  11-16
    1.1.1 神经元计算模型的研究现状  12-14
    1.1.2 相平面分析  14-15
    1.1.3 电刺激理论  15-16
  1.2 研究目的  16-17
  1.3 研究的主要内容  17-18
二、原理和方法  18-25
  2.1 视网膜神经节细胞的生理基础  18-20
    2.1.1 视网膜神经节细胞的作用  18-19
    2.1.2 动作电位生成机制  19-20
  2.2 视网膜神经节细胞建模  20-25
    2.2.1 FCM模型的建模  20-23
    2.2.2 相平面图分析  23
    2.2.3 电刺激响应的计算  23-25
三、计算机仿真结果  25-38
  3.1 FCM模型性质仿真  25-27
    3.1.1 各通道钳定电压反应  25-26
    3.1.2 各离子通道电流和动作电位电流  26-27
  3.2 钙通道影响  27-30
    3.2.1 钙离子的电导  27-28
    3.2.2 钙电流对膜电位的影响  28-29
    3.2.3 钙电流激活的钾电流对膜电位的影响  29-30
  3.3 电刺激响应  30-38
    3.3.1 直流电刺激仿真  30-32
    3.3.2 正弦波刺激仿真  32-36
    3.3.3 动作电位传播  36-38
四、结论与讨论  38-41
  4.1 结论  38-39
  4.2 讨论  39-41
    4.2.1 相平面图分析在FCM模型放电分析中的应用  39-40
    4.2.2 论文进一步的工作  40-41
参考文献  41-46
发表论文  46-47
综述视网膜神经节细胞建模的研究进展  47-67
  综述参考文献  63-67
致谢  67

FCM模型的相平面图分析及其电刺激响应

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