神经元放电模式同步的UKF-RBF-PID控制策略研究

作者：房涛; 范影乐^*; 王辉阳; 武薇

来源：航天医学与医学工程, 2019, 32(03): 243-251.

DOI：10.16289/j.cnki.1002-0837.2019.03.009

• 神经元同步
• 放电模式控制
• UKF
• RBF
• PID

目的针对具有参数时变、强耦合以及非线性等复杂特性的神经系统,提出了一种神经元放电模式同步的UKF-RBF-PID控制策略。方法首先考虑到神经元膜上离子运动的随机性以及测量的干扰性,提出一种基于UKF(unscented Kalman filter)的神经元滤波方法,应用采样点集迭代过程实现更高的滤波估计精度;其次定义Jacobian阵表示计算值对激励变化的灵敏度信息,利用RBF(radial basis function)神经网络构建从神经元的在线辨识模型;最后设计了PID(proportion integration differentiation)控制器参数动态调整的规则,给出了参数调整的梯度下降法,经迭代实现从神经元和主神经元放电模式的同步。结果针对主从神经元脉冲发放状态的规则性差异情况,以及主从神经元模型参数不匹配的情形,分别进行了相应的仿真计算实验。主神经元为周期状态,从神经元为混沌状态,系统相位相关度0.9996,同步误差0.3907,主从神经元呈现较好的跟随状态;主从神经元均为初始状态不一致的周期类型,系统相位相关度0.9994,同步方差处于合理水平,主从神经元呈现较好的跟随状态;主、从神经元均为初始状态一致的周期类型,其中主神经元为标准参数,从神经元参数失配,系统相位相关度0.9996,有噪声干扰时,神经元间同步方差可接受。结论在噪声的干扰下,主从神经元实现了神经元间的同步,证明了本文提出方法的有效性,有望应用到深部脑刺激治疗方案中。

• 单位
  杭州电子科技大学