有关脑科学的探索已经在许多领域中展开,目前研究的比较成熟的是神经元动力学,它利用数学模型、理论分析和计算机模拟来研究生物学上神经元和神经系统中真实的生物物理模型。神经元电活动和信息处理在神经系统中有很重要的作用,不同的神经元放电模式代表着不同编码意义和生物功能。在耦合的神经网络中,神经系统受高频刺激影响所引起的振动共振、触发同步以及弱电信号的传播等现象,都与大脑的生理功能有着密切的关系。由于电磁场对脑部神经元电活动有调节能力,本文采用几种神经元数学模型来研究电磁驱动下单个神经元、链状神经网络以及多层前馈神经网络中的集体动力学以及神经系统电信号传播动力学等。下面介绍本文的主要研究内容:1.基于改进的电磁驱动下神经元模型,研究了电磁辐射对单个神经元放电模式以及链状网络中集体动力学的影响。首先将高低频电磁辐射刺激和高斯白噪声考虑到单个神经元上,并通过改变分岔参数来研究神经元的电活动模式的转变,研究发现,通过改变分岔参数,神经元的电活动模式之间进行了转换。而且在高低频电流刺激和弱电磁驱动下,可以观察到双振动共振现象,而在强电磁驱动下,只有单振动共振现象发生,与不考虑电磁驱动的情况相比,考虑电磁场效应会削弱神经元振动共振,而且还会抑制多重振动共振。此外,研究电磁驱动下链状神经网络中的集体动力学,研究发现,当电磁场耦合强度比较大时,链状神经元网络中的所有神经元都被激发,神经元的尖峰保持同步态,触发率变大。化学自突触为负反馈时,链状网络的波无法从中央神经元传播到链状神经网络的两端,自突触为正反馈时相反。2.构建了多层前馈神经网络进行仿真模拟,研究影响神经元触发同步性及弱信号传播能力的因素。在兴奋性和兴奋性抑制性神经网络中,通过讨论噪声和层间突触权重对亚阈值兴奋性突触后电流传播能力影响,研究发现,神经网络中弱信号以最佳的噪声强度值稳定地传播,不同噪声强度会增强或减弱系统输出对弱信号的响应。并且在较大的层间突触权重下,弱信号可以稳定地传输到输出层,但是对于较小的突触权重,弱信号的传播可能不会到达输出层。此外,在合适突触权重和噪声下,输出层的神经元完全同步触发放电。3.考虑由电磁驱动下的多层前馈神经网络,研究电磁感应、噪声及突触权重对多层神经网络中的同步触发性和非周期亚阈值电信号传播能力的影响。研究发现,存在最优的噪声强度可使信号传播保持最佳态,但是通过增大电磁驱动会削弱最优传播性。而且与不考虑电磁辐射的情况相比,增加电磁辐射会降低弱信号的传播能力。随着电磁辐射强度的增强,关于弱信号到达输出层所需要的时间变得更长。此外,恒定的输入弱信号与合适的噪声强度相结合,将在适当的电磁场下弱信号稳定地传播到后层。当系统处于强磁场时,由于突触权重小,弱信号传输失败。