神经元作为神经系统结构和功能的基本单位,以离子跨膜输运的形式实现生物电信号的产生、变化以及传播,研究神经元信息传递活动机理有着重要的意义。各类神经元模型的建立和广泛研究,揭示了神经信息编码中神经电活动的时间节律和振荡模式,不仅为临床上神经信号的干预,也为人工神经网络的建立提供了理论基础。目前被应用广泛的神经元电生理理论模型中,离子通道动力学模型较为多见,这类动力系统对细胞膜内外离子交换动态变化的描述起到重要作用。但关于周期性刺激对系统行为调制作用机理的研究,无论是对经典的生物神经元动力学模型还是对人工神经网络中应用较多的近似模型都还不够充分。此外,对于神经元胞内离子活动的检测,目前的研究大多基于荧光标记技术,操作要求和成本较高,并且荧光对样品活性有一定影响,如何无损免标记地检测和表征原态神经细胞的活动一直是生命科学等领域研究的热点问题之一。本文基于IP₃-Ca²⁺振荡模型研究胞内钙离子浓度变化的动力学特征,基于周期性外部刺激在临床上的应用背景,研究了系统在其调制下的动态行为。运用快-慢动力学分析方法研究神经元放电的动作电位与钙离子浓度之间的关系,阐释钙离子复合振荡机制以及快慢不同状态之间的转迁机理,揭示刺激量值在系统动力学行为调制中的作用。针对传统神经元动力学模型在人工神经网络应用中的困难,基于Hindmarsh-Rose模型构造了近似分段线性模型。通过数值计算表明该近似模型对原型的可替代性,围绕该分段线性模型分析系统在周期激励调制下的非光滑分岔,根据各分岔的类型和特性解释系统周期簇放电模式的诱发机理,给出了不同参数对系统的调制情况,指出不同振荡模式在形成机理上的区别。基于神经元放电活动中胞内离子动态变化的特性和光相位成像的机理,探究从光相位角度检测神经元动态活动的方法。运用光学仿真软件建立神经元相位模型,针对神经元亚结构复杂的特点,从神经元放电活动中不同亚结构的活动特点出发,提出异质对比补偿的思想,免解耦地获得样品亚结构局部的瞬态形态信息和动态放电活动的相位表征,为神经元放电行为的形态识别提供了一种新的思路。