面向脉冲神经元振荡器的电荷平衡时间最优刺激设计

本文研究了在施加具有零净电荷累积的有界外部控制输入（电流刺激）时，神经元振荡器峰峰间时间可被扰动的根本极限。我们利用相位模型研究神经元动力学，并推导出在给定控制幅值界限下实现最小和最大峰峰间时间的电荷平衡控制。我们的推导适用于任意形状的相位响应曲线以及任意给定的控制幅值界限。此外，我们刻画了电荷平衡时间最优控制的结构随允许控制幅值的变化规律。通过将这些推导出的最优控制律应用于数学理想模型和实验观测到的神经元相位模型（包括广泛研究的 Hodgkin-Huxley 相位模型），并利用相应的原始全状态空间模型进行验证，我们展示了其适用性。这项工作解决了神经控制领域的一个基本问题，并为振荡系统的最优控制提供了理论研究。