HH神经元的自抗扰同步研究

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1、HH神经元的自抗扰同步研究摘要：神经元的混沌同步研究一肓是神经电生理学领域的研究热点。HH神经元模型是第一个描述神经元动力学特性的数学模型，以HH神经元为研究对彖，利川各种现代控制方法获得HH神经元的同步已有诸多报道，然1佃这些方法大多对神经元模型的精度要求很高，或者其实现鮫为复杂，这些成为HH神经元同步研究中的难点问题。本文利用自抗扰控制，在三种不同情况下研究HH神经元的同步，并依次加入不同干扰验证其同步效果。仿真结果表明，自抗扰控制能够对神经元系统的总扰动进行实时估计和补偿，消除扰动对神经元系统同步的影响，从而获得良好的同步效果。关键词：神经元

2、；同步；自抗扰控制SynchronizationofHRNeuronSystemsbyActiveDisturbanceRejectionControlABSTRACT:Chaoticsynchronizationofneuronshasbeenbecomingafocustopicinneuralelectrophysiology.HHmodelisthefirstcompletemodelthatdescribesthedynamicsofneuron.Variouskindsofmodemcontrolapproacheshavebeenem

3、ployedinsynchronizationofneurons・Mostofthesynchronizationapproachespublished,however,dependonfaithfulmodelofneurons,ortheapproachesarenotconvenientenoughtorealizeinpractice・BothofabovearedifficultiesintheresearchofsynchronizationofHHneurons.Inthispaper,ActiveDisturbanceRejecti

4、onControl(ADRC)isutilizedinthesynchronizationofHHmodel.Threekindsofdifferentcasesareconsidered,andthendifferentdisturbancesareaddedinordertoverifyADRC・SimulationresultsshowthatADRCisabletoestimationandcompensationthetotaldisturbanceofneuronalsystemsinreal-time,whichguaranteesa

5、goodsynchronizationeffect.KEYWORD：Neuron；Synchronization；ActiveDisturbanceRejectionControl(ADRC)1引言神经系统是由人量相互耦合的基木生物功能单元——神经元组成⑴。研究表明，神经元受到外界刺激后会产生放电现彖，并神经元的放电直接影响生物体的生理功能。因外部电磁环境影响而导致生物体甚至人体病变的报道屡见不鲜〔I〕。为研究神经元的放电特性，各种神经元模型相继提叽HH模型便是最早记录神经元放电过程的数学模型，它山英国科学家Hodgkin及Huxley于1952年

6、捉出叫在此模型基础上，人们开始研究实现生物关键机能的重要机制一一神经元放电的混沌同步°7】。在神经系统的混沌同步研究屮，各种现代非性控制方法实现神经元同步的结果已启诸多报道。基于HH模型，利用反馈线性化方法同实现了HH神经元同步；文献［9,10］将自适应控制成功应用于统一混沌系统及陈氏混沌系统的同步研究中；利用混沌系统的结构特征,近年来兴起的反推控制⑴切在混沌控制和同步中也有成功的应用结果；文献［14］利用高阶滑模控制实现了HH神经元的同步。这些同步方法能够实现混沌系统的同步，但是也存在一些不足。反馈线性化方法是非线性系统控制屮对系统模型精度要求很

7、高的方法，各种不确定因素和干扰都会导致混沌同步失效。反推控制也是如此，此外反推控制因存在虚拟控制故其控制律的实现是其实际应川需要考虑的问题。实际上，现实系统中存在诸多不确定性因素。因此，结构简单、易于实现，口在各种不确定因素及干扰的作用下仍然能够保证良好同步效呆的控制算法对于混沌同步而言具有重要价值。自抗扰控制(ActiveDisturbanceRejectionControl,ADRC)就是一种能够实时估计和补偿各种不确定性和外部扰动的简单有效的控制算法。木文利用自抗扰控制实现两个HH神经元的混沌同步。该方法能够克服干扰对系统的影响，实时估计系统

8、总扰动并进行补偿，达到良好的抗扰效果，并且具有调节时间短，调节精度高等特点。木文共5节，第2节分析HH神经元的非线性特性。