申请/专利权人：河北工业大学

申请日：2023-11-15

公开（公告）日：2024-02-06

公开（公告）号：CN117524493A

主分类号：G16H50/50

分类号：G16H50/50;A61N1/36;G16H20/40;G06N3/0442;G06N3/065

优先权：

专利状态码：在审-实质审查的生效

法律状态：2024.02.27#实质审查的生效;2024.02.06#公开

摘要：本发明为一种用于DBS的帕金森病皮层‑基底核‑丘脑神经网络建模方法，首先确定皮层‑基底核‑丘脑神经网络的核团包括皮层、纹状体、苍白球外部、苍白球内部、丘脑和丘脑底核，皮层包含CFSI神经元和CRS神经元两类核团，纹状体包括D1MSNs神经元、D2MSNs神经元和FSIs神经元三类核团，每类核团由10个神经元组成；然后，构建各类神经元的膜电位方程，在D1中棘神经元、D2中棘神经元、STN神经元、GPe神经元以及GPi神经元的膜电位方程中添加了DBS刺激电流；最后，采用忆阻化学突触对神经元进行连接，并对DBS刺激效果进行建模。该方法在纹状体的网络中添加了FSIs核团，用于抑制过于兴奋的中棘神经元以调整网络平衡；在纹状体、苍白球内侧、苍白球外侧核团中增添了DBS刺激靶点，使得治疗效果更加理想。

主权项：1.一种用于DBS的帕金森病皮层-基底核-丘脑神经网络建模方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤1：组成皮层-基底核-丘脑神经网络的核团包括皮层、纹状体、苍白球外部、苍白球内部、丘脑和丘脑底核，皮层包含CFSI神经元和CRS神经元两类核团，纹状体包括D1MSNs神经元、D2MSNs神经元和FSIs神经元三类核团，每类核团由10个神经元组成；步骤2：构建各类神经元的膜电位方程；CRS神经元的膜电位方程为： 式中，VCRS表示CRS神经元的膜电位，uCRS表示CRS神经元的膜电位恢复状态变量，Iie表示CRS神经元从CFSI神经元接收的突触电流，Ithco表示CRS神经元从Th神经元接收的突触电流，acrs表示CRS神经元膜电位的时间常数，bcrs表示CRS神经元膜电位恢复状态变量对膜电位的依赖系数；CFSI神经元的膜电位方程为： 式中，VCFSI表示CFSI神经元的膜电位，uCFSI表示CFSI神经元的膜电位恢复状态变量，Iei表示CFSI神经元从CRS神经元接收的突触电流，acfsi表示CFSI神经元膜电位的时间常数，bcfsi表示CFSI神经元膜电位恢复状态变量对膜电位的依赖系数；D1中棘神经元和D2中棘神经元的膜电位方程为： 式中，VStr为D1中棘神经元或D2中棘神经元的膜电位，Cm表示脂质电容，gL为漏电导，gNa为钠离子通道的最大电导，gK为钾离子通道的最大电导，ENa、EK、EL分别表示钠离子平衡电压、钾离子平衡电压、漏电平衡电压，m表示钠离子通道的激活变量，n表示钾离子通道的激活变量，Im表示外向钾电流，Igaba表示D1中棘神经元或D2中棘神经元从同类神经元接收到的突触电流，Icoster表示D1中棘神经元或D2中棘神经元从CRS神经元接收的突触电流，Ifs表示D1中棘神经元或D2中棘神经元从FSIs神经元接收的突触电流，Idbs为DBS刺激电流；FSIs神经元的膜电位方程为： 式中，VFSIs表示FSIs神经元的膜电位，Ifsfs表示FSIs神经元从FSIs神经元接收的突触电流，Igap表示FSIs神经元之间的间隙连接电流；STN神经元的膜电位方程为： 式中，VSTN为STN神经元的膜电位，Ia为a型钾离子电流，ICaK表示钙依赖的钾离子电流，Il表示l型钙离子电流，Igesn表示STN神经元从GPe神经元接收的突触电流，Icosn表示STN神经元从CRS神经元接收的突触电流，IT表示t型钙电流；GPe神经元的膜电位方程为： 式中：VGpe为GPe神经元的膜电位，ICa表示高阈值的钙离子电流，IAHP表示快速超极化电流，Isnge为GPe神经元从STN神经接收的突触电流，Igege为GPe神经元从GPe神经元接收的突触电流，Istrge为GPe神经元从D2MSNs神经元接收的突触电流，Iappgpe为GPe神经元接收到的恒定偏置电流；GPi神经元的膜电位方程为： 式中：VGPi为苍白球内部神经元的膜电位，Isngi为GPi神经元从STN神经元接收的突触电流，Igegi为GPi神经元从GPe神经元接收的突触电流，Istrgi为GPi神经元从D1中棘神经元接收的突触电流，Iappgpi为GPi神经元接收到的恒定偏置电流；Th神经元的膜电位方程为： 式中：VTh为丘脑神经元的膜电位，Igith为Th神经元从GPi神经元接收的突触电流，Iappth为感觉运动皮层输入到Th神经元的脉冲电流；步骤3：采用忆阻化学突触对神经元进行连接，神经元之间的突触电流表示为： 式中，表示神经元i与神经元j之间的突触电流，Aij为神经元耦合连接矩阵，gij表示神经元i与神经元j之间的突触耦合强度，N表示神经元的总个数，m1表示电磁感应参数，Vsyn表示突触可逆电位，Vi表示神经元i的膜电位，表示磁控忆阻器的记忆电导函数；步骤4：对DBS刺激效果进行建模，DBS刺激电流表示为： 其中，Idbst为t时刻的DBS刺激电流，A表示刺激信号的幅度，ρ表示刺激信号的周期，δ表示刺激信号的脉宽；Hx为赫维赛德函数，当x＞0时，Hx＝1，否则Hx＝0；上述步骤中的CFSI神经元表示快速放电抑制性神经元，CRS神经元表示规则放电兴奋性神经元，D1MSNs神经元表示D1中棘神经元，D2MSNs神经元表示D2中棘神经元，FSIs神经元表示快速放电神经元，GPe神经元表示苍白球外部神经元，GPi神经元表示苍白球内部神经元，Th神经元表示丘脑神经元，STN神经元表示丘脑底核神经元。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 河北工业大学 用于DBS的帕金森病皮层-基底核-丘脑神经网络建模方法

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