导语


20 世纪 70 年代末李天岩和 James Yorke 在数学分析中正式引入“混沌”这个科学术语。经过学术界中好几代人近 50 年的共同努力,混沌早已不再是一个陌生的概念,其科学体系日趋完善,在数学、物理、计算机科学、生命科学、社会科学、工程技术、商业和通讯等领域中得到了广泛的应用。为了向跨学科学习者普及混沌科学的理论知识,集智学园特别邀请陈关荣、王雄、李春彪、张旭、马军、刘坚、王青云、叶国栋、禹思敏9位从事混沌及相关跨学科研究的资深学者担任导师,开设了「混沌科学系列课程」。


2月3日(本周五)晚19:00-21:30,将由北京航空航天大学、宁夏大学王青云教授开启混沌科学第七课,主要包括神经系统中的实验发现及经典模型的提出、神经系统中混沌出现的机制及意义、分岔分析在神经系统中的应用及意义。





课程简介




神经系统具有高度非线性动力学特征,实验研究发现在神经系统中存在着规则和不规则的放电模式,揭示这些规则和不规则放电模式产生及其转迁的动力学机制是前沿热点问题。基于动力学混沌和分岔理论与方法,通过建模分析神经系统相关的动力学行为有助于对实验现象的深入理解,为神经科学的研究提供可靠的理论基础。


本期分享主要的内容包括神经系统中的实验发现及经典模型的提出、神经系统中混沌出现的机制及意义、分岔分析在神经系统中的应用及意义。





课程大纲




  1. 非线性系统的概念和特征
  2. 混沌与分岔的提出和实例
  3. 神经系统的混沌与分岔
  4. 分岔理论在神经系统中的应用
关键词:非线性系统、混沌吸引子、李雅普诺夫指数、分岔、神经电活动、倍周期分岔、阵发性混沌、激变、准周期、神经系统、单神经元模型、双室耦合神经场模型、簇放电、分岔控制、分岔分析、动力学疾病





课程主讲人




王青云,北京航空航天大学任动力学与控制学科责任教授,博士生导师。宁夏大学学术副校长,数学统计学院院长。国家杰出青年科学基金获得者,教育部“长江学者”特聘教授,北京脑重大疾病研究院兼职教授。主要从事神经动力学和智能体动力学与控制等领域的研究工作。主持了国家自然科学重点项目和面上项目等在内的20多个项目。发表高水平论文150余篇,2021,2020入选爱思唯尔 “中国高被引学者榜单”。获教育部新世纪优秀人才支持计划、教育部自然科学二等奖、内蒙古自治区第七届青年科技奖、中国力学学会自然科学二等奖。任中国力学学会第十、十一届动力学与控制专业委员会副主任,神经动力学专业组组长,中国力学学会理性力学专业委员会副主任,北京市力学学会理事,中国振动工程学会非线性振动专业委员会副主任,中国指挥与控制学会网络科学与工程专业委员副主任,生物控制和生物医学工程专业委员会委员,北京航空航天大学校学术委员会委员。国际杂志International Journal of Bifurcation and Chaos的Associate Editor,Applied Mathematics and Mechanics特约编委,Cognitive Neurodynamics副主编,北京航空航天大学学报编委,高等教育出版社出版的《网络科学与工程丛书》编委。





推荐阅读




1. 王青云,樊登贵,韩芳,癫痫动力学与控制,2022,科学出版社。

2. Li L, Gu HG, Yang MG, et al. A series of bifurcation scenarios in the firing pattern transitions in an experimental neural pacemaker[J]. International Journal of Bifurcation and Chaos, 2004, 14(5): 1813-1817.

3. Yao SW, Ding LW, Song ZG, et al. Two bifurcation routes to multiple chaotic coexistence in an inertial two-neural system with time delay. Nonlinear Dynamics, 2019, 95(2): 1549-1563.

4. Izhikvich Eugene M. Dynamical Systems in Neuroscience: The Geometry of Excitability and Bursting[M]. The MIT Press, 2006.

5. Prescott SA, De Koninck Y, Sejnowski TJ. Biophysical basis for three distinct dynamical mechanisms of action potential initiation. PLoS Computational Biology, 2008, 4(10): e1000198.

6. da Silva FL, Blanes W, Kalitzin SN, et al. Epilepsies as dynamical diseases of brain systems: basic models of the transition between normal and epileptic activity[J]. Epilepsia, 2003, 44: 72-83

7. Fan DG, Duan LX, Wang QY, et al. Combined effects of feedforward inhibition and excitation in thalamocortical circuit on the transitions of epileptic seizures. Frontiers in Computational Neuroscience, 2017, 11: 59.





2月3日直播信息




直播时间安排:

2月3日(周五) 19:00-21:30

19:00-21:00 王青云:神经系统的混沌和分岔动力学

21:00-21:30 课程答疑环节


直播方式:

  • 集智俱乐部 B 站免费直播
  • 集智俱乐部视频号免费直播,可提前预约

  • 付费学员在腾讯会议上课,可提问交流


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混沌科学系列科普课程报名中


21世纪是复杂性的世纪,理解混沌是探索复杂性的关键环节。在科学、工程中,混沌与非线性方法已经成为研究动态系统的主要手段,加深了对气候、生态、大脑、流行病等诸多复杂系统问题的理解,并在湍流、加密、数据分析以及生命科学中有广泛应用。在社会、商业领域,混沌理论在通讯、交通、金融市场、疾病与信息传播等问题中亦有诸多启发和应用。随着混沌现象的进一步系统研究和广泛应用,它正在从一套理论发展为一门科学。

为了向跨学科学习者普及混沌科学的理论本质,从而能将混沌科学应用到自己的研究、探索中,帮助大家分析、理解、认知其中的复杂性,集智学园特别策划混沌科学系列课程,导师团队由著名混沌理论学者、香港城市大学讲席教授、欧洲科学院院士陈关荣领衔,联合王雄、李春彪、张旭、马军、刘坚、王青云、叶国栋、禹思敏等国内的混沌理论研究专家及相关跨学科研究的资深学者,开出了 “混沌科学”系列科普课程 。欢迎你的加入。

课程面向对象
本课程面向数学、力学、机械、电子、信息安全和脑科学等专业的大学生、研究生、博士生以及相关的从业者,希望了解混沌理论、并进行跨学科应用的同学。

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系列课程介绍:
混沌科学系列科普课程:确定性的系统无法预测?


往期回顾

1. 陈关荣:混沌科学的历史与故事丨第一课

课程回放链接:https://campus.swarma.org/course/4901?from=wechat
2. 王雄:连续系统里的混沌:从一到无穷多 | 第二课

课程回放链接:https://campus.swarma.org/course/4904?from=wechat

3. 李春彪:混沌吸引子调控与忆阻混沌振荡器设计|第三课

程回放链接:https://campus.swarma.org/course/4905?from=wechat

4. 张旭:混沌马蹄理论分析及构造|第四课
课程回放链接https://campus.swarma.org/course/4906?from=wechat

5. 马军:时空混沌与斑图 | 第五课

课程回放链接https://campus.swarma.org/course/4907?from=wechat

6.  刘坚:复混沌系统及分形 | 集智课堂·周五直播

课程回放链接:https://campus.swarma.org/course/4908?from=wechat



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9. 前沿综述:绘制大脑因果图



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