【摘 要】
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中国是农药生产和使用大国,农药的使用减少病虫害的发生,但长期使用会导致神经系统疾病的产生,比如帕金森疾病（Parkinson’s Disease,PD）、阿尔兹海默症等。PD是一种常见的神经系统疾病,严重危害人类健康,其致病原因主要是黑质多巴胺能神经元的缺失。深部脑刺激（Deep Brain Stimulation,DBS）对病灶脑区施加连续高频脉冲能够缓解PD症状,DBS主要是开环形式,即以固定
【基金项目】
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国家自然科学基金（61801273）“基于皮层振荡的帕金森状态闭环控制研究”；
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中国是农药生产和使用大国,农药的使用减少病虫害的发生,但长期使用会导致神经系统疾病的产生,比如帕金森疾病（Parkinson’s Disease,PD）、阿尔兹海默症等。PD是一种常见的神经系统疾病,严重危害人类健康,其致病原因主要是黑质多巴胺能神经元的缺失。深部脑刺激（Deep Brain Stimulation,DBS）对病灶脑区施加连续高频脉冲能够缓解PD症状,DBS主要是开环形式,即以固定参数的高频脉冲施加刺激,不能根据状态变化实时调整刺激参数。因此,本文基于回路模型构建闭环DBS控制系统,根据反馈信号选择合适的刺激参数,以最优的参数和最少的能耗实现PD状态的自动调控。本文主要研究内容如下:（1）农药诱导PD大鼠建模及模型验证。介绍PD动物模型及相关电生理活动的改变。建立皮层-基底核-丘脑回路模型,定义神经元膜电位方程、参数值及突触电导值。分析回路模型神经元放电速率、放电模式和振荡功率等指标,与已有的PD动物模型对比,验证皮层-基底核-丘脑回路的正确性。（2）选取闭环DBS反馈信号。研究表明与正常状态相比,PD状态时内侧苍白球（Globus Pallidus internal,GPi）异常的beta频段（13-35 Hz）振荡活动增多,皮层特征频段局部场电位（Local Field Potential,LFP）功率升高,都与PD状态密切相关,因此,选取GPi核团beta频段振荡功率和皮层特征频段LFP功率作为PD状态的生物标记物,即闭环DBS控制系统的反馈信号。（3）选取闭环DBS控制器和预测器。选取模糊控制器构建闭环DBS控制系统;选取受控自回归模型作为预测器,将下一时刻的beta功率与期望功率的差值作为模糊控制器的输入,提高了闭环控制精度和响应速度。（4）闭环DBS控制系统跟踪性能测试。分别以GPi核团beta功率和皮层LFP功率作反馈信号,跟踪恒定、动态变化的参考信号,通过改变回路模型参数进行鲁棒性测试。以平均刺激频率、相对误差和响应时间为性能评价指标,选出最少能耗和最优控制效果的闭环DBS控制方案。
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