癫痫动力学与控制

《癫痫动力学与控制》以作者近年来有关癫痫的研究成果为基础，介绍基于癫痫定性电生理特征和定量临床数据进行动力学建模分析与调控策略设计的相关非线性理论方法，分析网络拓扑、环路机制、突触连接强度、时滞、可塑性和刺激干扰等因素影响癫痫同步发作及其转迁的动力学机理，为癫痫的临床防诊疗提供重要理论支撑。
　　《癫痫动力学与控制》共六章。第1章是基础知识；第2章基于癫痫临床数据进行定量统计建模与动力学机理分析；第3～5章基于癫痫定性电生理特征进行癫痫发作的皮质-丘脑环路动力学理论建模分析；第6章基于皮质-基底节-丘脑环路，进行癫痫深脑电刺激与非线性控制策略设计及调控机理分析。

目录　
前言　
第1章　基础知识　1　
1.1　癫痫网络研究的意义　1　
1.2　癫痫全面性发作和局灶性发作　2　
1.2.1　癫痫失神发作与强直–阵挛性发作　2　
1.2.2　局灶性癫痫发作　3　
1.2.3　致痫灶定位　4　
1.3　癫痫的生理解剖基础　4　
1.4　癫痫动力学计算模型　6　
1.4.1　神经元网络模型　7　
1.4.2　神经元群模型　7　
1.4.3　平均场模型　11　
1.5　癫痫发作的动力学机制　12　
1.6　癫痫的神经调控策略与优化　15　
1.6.1　癫痫的电刺激神经调控　15　
1.6.2　刺激模式设计　15　
1.6.3　双相电刺激调控的物理方法　17　
1.6.4　自适应控制基本思想　18　
1.7　网络可控性理论　21　
1.7.1　经典的可控性理论　21　
1.7.2　结构可控性定理　22　
1.7.3　*少输入定理　24　
1.8　相空间重构　25　
1.9　本书内容安排　26　
参考文献　28　
第2章　局灶性癫痫数据统计建模及动力学机理分析　36　
2.1　引言　36　
2.2　癫痫发作的生物标志物——拉普拉斯矩阵秩下降　37　
2.2.1　引言　37
2.2.2　数据与方法　37　
2.2.3　结果与分析　45　
2.3　局灶性癫痫病灶定位及术后效果预测（一）　51　
2.3.1　问题描述　51　
2.3.2　数据与方法　52　
2.3.3　病灶定位及仿真结果　57　
2.4　局灶性癫痫病灶定位及术后效果预测（二）　61　
2.4.1　引言　61　
2.4.2　数据与方法　61　
2.4.3　两条耦合癫痫EEG信号的同步和因果分析　66　
2.4.4　临床多通道EEG信号的网络分析　68　
2.4.5　癫痫效应网络构建　72　
2.4.6　癫痫网络可控性分析　74　
2.4.7　癫痫网络的刺激调控效果　76　
2.5　癫痫病态信息流方向识别与电刺激调控　77　
2.5.1　引言　77　
2.5.2　模型和方法　78　
2.5.3　单向耦合突触对方向的识别效果　83　
2.5.4　自突触调节对方向演化的影响　85　
2.5.5　短期突触可塑性对方向演化的影响　86　
2.5.6　刺激对方向辨识演化的调控效果　87　
2.6　本章小结　89　
参考文献　90　
第3章　丘脑中继核调控失神癫痫发作动力学建模　100　
3.1　引言　100　
3.2　丘脑中继核与皮质递归兴奋性环路诱发癫痫失神发作的动力学机理　100　
3.2.1　问题描述　100　
3.2.2　模型描述　102　
3.2.3　刺激诱导的周期性发作　104　
3.2.4　皮质–丘脑递归兴奋性作用诱导的放电转迁　107　
3.2.5　刺激诱导的SWD振荡动力学机制　110　
3.2.6　去抑制作用对刺激诱导的SWD的控制效果　112　
3.3　丘脑中继核调控皮质前馈抑制性环路诱发癫痫失神发作的动力学机理　115
3.3.1　问题描述　115　
3.3.2　模型描述与动力学分析　117　
3.3.3　数值方法　119　
3.3.4　前馈抑制性环路中TC-EX通路对失神发作转迁的动力学效果　120　
3.3.5　前馈抑制性环路中TC-IN通路诱导的失神–阵挛性发作转迁　123　
3.3.6　前馈抑制性环路TC-EX和TC-IN通路联合效果　126　
3.4　本章小结　127　
参考文献　128　
第4章　丘脑网状核调控失神癫痫发作动力学建模　135　
4.1　引言　135　
4.2　丘脑网状核介导的癫痫失神发作与睡眠纺锤波转迁动力学　136　
4.2.1　问题描述　136　
4.2.2　模型描述　137　
4.2.3　丘脑网状核诱导的癫痫失神发作SWD向慢波振荡转迁　140　
4.2.4　刺激诱导SWD和慢波振荡的动力学机制　142　
4.2.5　*优刺激参数选择　144　
4.2.6　空间扩展的多室网络动力学　144　
4.2.7　转迁动力学的多稳态吸引子共存结构　149　
4.2.8　棘慢波与纺锤波的网络演化稳定性　150　
4.3　丘脑网状核对癫痫失神发作的起搏器作用　153　
4.3.1　问题描述　153　
4.3.2　单室模型情形　153　
4.3.3　链式扩展模型　159　
4.3.4　环式扩展模型　160　
4.4　本章小结　163　
参考文献　164　
第5章　皮质--丘脑环路时滞调控癫痫失神发作及其同步转迁动力学　170　
5.1　引言　170　
5.2　改进的单室MCT时滞网络动力学模型　171　
5.2.1　模型描述　171　
5.2.2　数值算法　172　
5.2.3　时滞诱导的睡眠纺锤波向多棘慢波转迁　173　
5.3　两室MCT时滞耦合网络动力学模型　176　
5.3.1　时滞耦合的同步动力学模型　176　
5.3.2　时滞诱导的m-SWD同步动力学　176
5.4　失神发作同步转迁的自适应反馈控制　180　
5.5　本章小结　188　
参考文献　189　
第6章　基于皮质--基底节--丘脑环路的癫痫失神发作的调控动力学　193　
6.1　引言　193　
6.2　刺激基底节及其自激作用对癫痫失神发作的控制效果　193　
6.2.1　问题描述　193　
6.2.2　改进的皮质–基底节–丘脑环路结构和模型描述　194　
6.2.3　电荷平衡的双相脉冲刺激模式　198　
6.2.4　SWD的控制指标　200　
6.2.5　STN自突触动力学诱导的SWD发作终止　200　
6.2.6　后向投射路径对SWD控制的强化效果　201　
6.2.7　高频和低频刺激对SWD振荡的双向调控　203　
6.2.8　双相脉冲相位间期对SWD的控制效果　206　
6.3　基于基底节调节作用的失神发作的闭环控制　207　
6.3.1　问题描述　207　
6.3.2　网络结构及其动力学模型　209　
6.3.3　m:n开–关协调重置深脑刺激　211　
6.3.4　数值方法　214　
6.3.5　皮质和丘脑自激励及其联合作用诱导的SWD动力学　215　
6.3.6　目标核团的*优刺激脉冲相位确定　217　
6.3.7　多目标并行或随机重置刺激的时空模式　219　
6.3.8　m: n开–关CRS（－，－，+）相位脉冲刺激作用于（PY，TC，RE）　220　
6.3.9　定向刺激调控的改善效果　221　
6.3.10　刺激终止SWD发作的动力学解释　223　
6.3.11　皮质–基底节传入通路和基底节–丘脑传出通路诱导的失神癫痫发作　226　
6.3.12　基于基底神经节调节的失神发作的反馈闭环控制　228　
6.4　本章小结　230　
参考文献　231　
附录A　算法代码　238　
A.1　相空间图分析　238　
A.2　神经元耦合模型　241　
A.3　事件同步及因果分析　245