基于模型的癲癇狀態(tài)預(yù)測(cè)控制研究.pdf

1、癲癇作為一種嚴(yán)重危害人類健康的常見(jiàn)神經(jīng)系統(tǒng)疾病，是由大腦局部病變引起的。目前基于模型的研究是許多致力于癲癇疾病控制研究的科學(xué)家最青睞的研究方法。這些基于模型的理論研究的目的是找到一個(gè)控制律使特定的性能指標(biāo)最優(yōu)，目前最吸引人的是最優(yōu)控制對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)疾病的控制研究。本文的目標(biāo)是對(duì)癲癇疾病的模型實(shí)施預(yù)測(cè)控制，預(yù)測(cè)控制不僅保留了最優(yōu)控制中性能指標(biāo)最優(yōu)的特點(diǎn)，而且利用在線滾動(dòng)優(yōu)化過(guò)程彌補(bǔ)了最優(yōu)控制中全局優(yōu)化的不足，并且預(yù)測(cè)控制為閉環(huán)控制，可以改善臨

2、床上神經(jīng)系統(tǒng)疾病的開環(huán)刺激效果。本論文的研究是基于計(jì)算模型的，這是理解疾病的最快，最簡(jiǎn)便有效的研究階段。通過(guò)對(duì)能夠代表癲癇特性的多維電導(dǎo)間室模型，一維相模型和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的預(yù)測(cè)控制，實(shí)現(xiàn)了神經(jīng)元和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的放電模式的控制，具體研究包括以下內(nèi)容：
　　首先，本文利用兩層控制算法——輸入輸出廣義預(yù)測(cè)控制實(shí)現(xiàn)癲癇神經(jīng)元放電模式的控制。對(duì)神經(jīng)元模型施加兩種控制策略：控制加在胞體和控制加在樹突的控制策略。兩種控制策略對(duì) Pinsky-Rin

3、zel（PR）模型模擬的正常和癲癇狀態(tài)下的放電模式的預(yù)測(cè)控制均得到很好的效果。同時(shí)將此控制算法的控制性能指標(biāo)與單獨(dú)用輸入輸出線性化控制的兩種控制策略進(jìn)行比較。
　　其次，利用預(yù)測(cè)控制實(shí)現(xiàn)一維簡(jiǎn)化相模型的癲癇神經(jīng)元放電相位控制。利用PR模型的相響應(yīng)曲線分別得到其正常狀態(tài)下和癲癇狀態(tài)下的相模型?；谳斎胼敵鰪V義預(yù)測(cè)控制實(shí)現(xiàn)對(duì)癲癇狀態(tài)下相模型的相位的控制，使其跟蹤正常狀態(tài)是相模型的相位。
　　最后，實(shí)現(xiàn)癲癇狀態(tài)的預(yù)測(cè)控制。研究了癲

4、癇疾病與小世界網(wǎng)絡(luò)和平均場(chǎng)電位的關(guān)系，建立了 Hindmarsh-Rose(HR)神經(jīng)元小世界網(wǎng)絡(luò)模型。將代表癲癇狀態(tài)的小世界網(wǎng)絡(luò)同步放電模式的平均場(chǎng)電位控制為代表正常狀態(tài)的小世界網(wǎng)絡(luò)去同步放電模式的平均場(chǎng)電位。為了驗(yàn)證此控制算法的有效性，又將小世界網(wǎng)絡(luò)不同步放電模式控制為同步放電模式，實(shí)現(xiàn)了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的同步場(chǎng)電位和去同步場(chǎng)電位之間的轉(zhuǎn)換。
　　本文的研究對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)疾病治療的研究提供了思路，對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)疾病控制問(wèn)題的硬件實(shí)現(xiàn)提供了理論