癲癇的動力學建模分析與轉遷調控

腦科學研究是全世界科學研究的熱點，其中癲癇是我國乃至全球人口健康領域正在面臨的重大挑戰。由於發作種類繁多、誘因複雜、生理機制至今尚不明確，即便現在…具有發展前景的神經調控治療也無法徹底治癒。因此人們對癲癇的認識還需要醫學、神經科學、生物學、數學、力學等學科的交叉研究和共同參與。

作者與國內外著名醫學院、國際一流癲癇神經外科醫生合作，基於真實的臨床醫學資料或者電生理實驗現象以及醫學相關報導，借鑒、修正、構建符合生理特性的癲癇功能網路模型，採用動力學與控制分析手段，從分子細胞水準或者系統回路水準解釋癲癇的發病原理從而指導臨床干預，輔助實現從“對病治療”提升為“對症治療”。

《博士後文庫》序言
序
前言

第1章 緒論 1
1.1 腦科學研究及腦疾病 1
1.2 癲癇種類及病理機制 1
1.2.1 全面性癲癇 2
1.2.2 局灶性癲癇 3
1.3 癲癇的診療技術 4
1.3.1 深部腦電刺激 5
1.3.2 經顱磁刺激 10
1.3.3 光遺傳刺激 13
1.3.4 其他調控策略 17

第2章 基礎知識 19
2.1 神經系統的生物學基礎 19
2.1.1 神經元的結構及分類 19
2.1.2 神經元動作電位的產生機制 22
2.1.3 突觸及神經遞質 24
2.1.4 突觸可塑性 26
2.2 神經元電生理模型 28
2.2.1 Hodgkin-Huxley 模型 29
2.2.2 Morris-Lecar 模型 30
2.2.3 Pinsky-Rinzel 模型 31
2.2.4 Chay 模型 33
2.2.5 Izhikevich 模型 34
2.2.6 Hindmarsh-Rose 模型 35
2.3 基底神經節-皮質-丘腦環路 35
2.4 腦電波 38
2.5 癲癇網路模型 39
2.6 神經系統的非線性動力學基礎 42
2.6.1 分岔轉遷 43
2.6.2 同步行為 44

第3章 皮質-丘腦環路的癲癇平均場建模與轉遷 47
3.1 引言 47
3.2 Freeman 模型方法 48
3.3 主要結果討論 50
3.3.1 四種腦電模式 50
3.3.2 不同的誘導方式 52
3.3.3 癲癇發作的時空演化 54
3.3.4 固定時滯抑制癲癇發作 56
3.3.5 不確定時滯抑制癲癇發作 57
3.3.6 簡化的癲癇模型 59
3.4 本章小結 60

第4章 局灶性癲癇的快慢動力學建模與轉遷分析 61
4.1 引言 61
4.2 Epileptor 模型方法 62
4.3 主要結果討論 65
4.3.1 慢介電常數耦合 66
4.3.2 快速電耦合 71
4.3.3 快速化學耦合 71
4.3.4 二維簡化模型 75
4.4 本章小結 77

第5章 難治性癲癇廣義週期放電的建模與分岔轉遷 78
5.1 引言 78
5.2 Liley 模型方法 79
5.3 主要結果討論 84
5.3.1 突觸傳遞 84
5.3.2 時間延遲 86
5.3.3 外部電刺激 90
5.3.4 耦合連接 90
5.4 本章小結 95

第6章 失神癲癇發作的動力學建模分析與調控 96
6.1 引言 96
6.2 Taylor 模型方法 98
6.2.1 數學模型 98
6.2.2 刺激模式 100
6.2.3 數值計算 102
6.3 主要結果討論 102
6.3.1 動態輸入調控 103
6.3.2 自抑制作用調控 106
6.3.3 混合調控 108
6.3.4 振盪調控 109
6.3.5 振盪簇調控 112
6.3.6 傳統 DBS 調控 113
6.4 本章小結 115

第7章 神經場耦合網路的癲癇建模與傳播分析 117
7.1 引言 117
7.2 耦合 Taylor 模型方法 119
7.3 主要結果討論 121
7.3.1 雙室耦合模型 121
7.3.2 三室耦合模型 125
7.3.3 多室耦合傳播穩定性 130
7.4 本章小結 132

第8章 考慮星形膠質細胞的癲癇樣波形的建模調控 134
8.1 引言 134
8.2 星形膠質細胞模型方法 138
8.3 主要結果討論 140
8.3.1 星形膠質細胞功能紊亂 140
8.3.2 單脈衝刺激 144
8.3.3 深部腦刺激 148
8.3.4 間歇重置刺激 148
8.4 本章小結 151

第9章 基於嬰兒癲癇臨床腦電資料的建模及預測 152
9.1 引言 152
9.2 Alamir 模型方法 154
9.3 主要結果討論 159
9.3.1 420～460s 159
9.3.2 760～800s 159
9.3.3 全連通結構 160
9.3.4 非連通結構 160
9.3.5 可塑性閾值 161
9.3.6 興奮性信號 161
9.4 本章小結 164

參考文獻 165
編後記 188