电磁环境下神经系统的生物效应研究

Electromagnetic radiation is widely present in the living environment of the organism, seriously affecting the biological activities and it's functions. The project employs the theories and methods of nonlinear dynamics,molding the nervous system oscillator circuit based on Josephson junction coupling, to study changes in the dynamics of neurobiological systems under electromagnetic radiation. The research topics including：1)The bifurcation analysis and mode transition of electric activity for signle Josephson Junction; 2)The change of Shapiro steps of Josephson Junction in different modes due to electromagnetic fields radition; 3)The nonlinear relation of voltage-current for series-wound Josephson Junction and teraHertz signal detection; 4)The different electric activities of networks of Josephson Junction and coherence resonance induced by the bifurcation parameters etc. This project will adopt the neural dynamics of interdisciplinary and cross-level ideas，focuses on the scientific understanding impact of electromagnetic radiation on biological nervous system，such as feeling, learning, memory, thinking, and sleep of the neural system function，by the way, theoretically support neurophysiology research and clinical treatment. The research belongs to the cross-frontier of nonlinear dynamics， the bioelectromagnetics, and Neuroscience. The achievements of this work has important scientific significance and potential clinical value.

电磁辐射广泛存在于生物体的生活环境中，严重影响生物活动及其系统功能。本项目基于非线性动力学理论与方法，构建基于约瑟夫森结的耦合神经系统振荡电路，研究电磁环境下的神经生物系统的动力学特性变化。主要研究内容包括：1）单个约瑟夫森结分岔动力学行为和类似神经元放电的各类模式的迁移机制；2）电磁场辐射下约瑟夫森结放电对应台阶转变；3）约瑟夫森结串联的电压-电流非线性关系以及高频电磁信号检测；4）约瑟夫森结构建的复杂网络诱发神经元网络群体放电和关联共振行为等。项目采用神经动力学的跨学科和跨层次的研究思路，为科学了解电磁辐射对生物神经系统如感觉、学习、记忆、思维及睡眠等神经功能的影响，为神经生理学研究和临床治疗提供理论支持。研究内容属于非线性动力学、生物电磁学与神经科学的交叉前沿，研究成果具有重要的科学意义和潜在的临床价值。

项目以电磁环境下神经系统的生物效应为主题，研究了电磁辐射作用下的神经系统建模、响应及其影响；神经网络的自组织信号传递、斑图效应和缺陷动力学问题；自突触作用下神经元网络诱发和激励作用；多尺度自突触调制、反馈电路设计；能量函数与神经元电活动的能量迁移机理；噪声对神经系统活动的影响；基于量子信息的自旋与磁场凝聚体的渐近表达、纠缠与系统跃迁等问题。实现了磁场作用下放电异常行为的定量分析；分析了了电磁辐射等外界因素对神经系统功能的影响及其神经功能障碍的关联特性；探讨了噪声诱导神经系统同步的机理及其噪声对心肌与睡眠调节系统的影响；研究了自突触驱动下单个神经元电活动模式迁移和诱发机理、神经网络自突触分布对神经元群体电活动行为的调制作用；开展了大规模神经电路的设计开发工作，实现了大规模神经网络活动的硬件系统模拟。受本项目资助：2016年成功举办了150余人参加的第3届全国神经动力学学术会议全国学术会议；在国内外专业学术期刊发表SCI数据库收录58篇，其中高被引6篇，热点论文1篇；SCI数据库被引频次总计678次，施引文献337篇，去除自引的被引频次总计295，单篇最高被引90次。培养青年教师2名；毕业博士研究生1名，硕士研究生4名。