大脑血液动力学现象中的能量编码与生理学机制研究

论文摘要

神经活动伴随着大脑血流量（CBF）和血氧饱和度的变化而变化,虽然这种变化可用功能磁共振成像（fMRI）技术检测,但这种变化的生理学机制尚不清楚。特别是大脑的某个脑区被激活以后经过5～8秒的延迟,脑血流的变化才会大幅增加这一实验现象,神经科学界并没有给出一个科学的解释。本文基于能量编码理论,通过仿真神经网络的能量消耗和血液中葡萄糖的供能的演变情况,试图从能量代谢的角度来研究fMRI中的血液动力学现象的内在生理学机制。本文首先以Wang-Zhang模型为基础,构建了一个多层次的结构网络,通过计算机数值模拟得到了网络的神经活动和血液中葡萄糖的供能的变化情况。计算结果显示,葡萄糖供能达到峰值的时间比神经活动达到峰值的时间延迟了约5.6s,从而再现了fMRI中的血液动力学现象。之后,基于这一数值计算结果,本文从能量代谢的角度出发提出了一个血液动力学现象产生的生理学机制。最后,基于提出的生理学机制,本文选择视觉系统作为具体的研究对象,并基于视觉系统的解剖学结构构建了一个大规模多层次的视觉神经网络。研究结果表明由Wang-Zhang神经元模型所揭示的负能量机制在控制大脑的血液动力学现象中起着十分重要的作用。本文的研究结果为今后进一步探究血液动力学现象的生理学机制提供了新的研究方向,在神经网络的建模与计算方面给出了一个新的视角和研究方法。

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摘要

Abstract

第1章绪论

1.1 研究背景

1.1.1 认知神经科学的发展

1.1.2 功能磁共振成像（fMRI）

1.1.3 血流动力学

1.1.4 神经信息的编码研究

1.2 研究目标及意义

1.2.1 研究目标

1.2.2 研究意义

1.3 论文组织框架

第2章能量编码研究进展

2.1 神经元能量模型

2.1.1 单个神经元的能量计算模型

2.1.2 负能量机制

2.2 能量编码研究进展

2.3 本章小结

第3章 fMRI血液动力学现象的能量编码

3.1 单个神经元的能量储存假设

3.2 网络结构和计算模型

3.2.1 网络结构

3.2.2 计算模型

3.3 模型计算结果与分析

3.4 本章小结

第4章血液动力学现象的内在生理学机制研究

4.1 脑糖原的能量代谢作用的研究进展

4.1.1 实验依据

4.1.2 脑糖原的能量代谢模型

+循环'> 4.2 神经元能量代谢过程中的NADH与NAD⁺循环

4.3 血液动力学现象的门控调节机制

4.3.1 刺激后脑血流不随脑组织活动变化而变化的生理学机制

4.3.2 脑血流大幅上升的生理学机制

4.4 本章小结

第5章视觉系统的血液动力学现象的模拟和分析

5.1 视觉系统

5.1.1 视网膜

5.1.2 视神经、视交叉和视束

5.1.3 外膝体

5.1.4 初级视皮层

5.1.5 深层次的视觉系统

5.2 大规模的视觉神经网络

5.2.1 网络结构

5.2.2 网络的运行方式

5.3 模型计算结果与分析

5.4 本章小结

第6章总结与展望

6.1 课题总结

6.2 展望

参考文献

致谢

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文章来源

类型: 硕士论文

作者: 彭俊

导师: 王如彬

关键词: 能量编码,负能量,神经网络,脑糖原

来源: 华东理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 生物学

单位: 华东理工大学

分类号: Q42

总页数: 59

文件大小: 5553K

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