9、脊椎生成器中CPG电路的设计与参数调制

脊椎生成器中CPG电路的设计与参数调制

在神经科学与控制领域，中央模式发生器（CPG）电路是一个重要的研究方向。它能够产生节律性的输出，对于模拟生物的运动模式具有重要意义。下面将详细介绍两种不同类型的CPG电路：链式抑制CPG电路和循环抑制CPG电路，以及它们的参数调制方法。

链式抑制CPG电路

链式抑制CPG电路是基于单个振荡器的设计，通过振荡器之间的连接进一步构建而成。在构建之前，为了使CPG电路的表示更加简洁，对振荡器中的中间神经元和突触进行了简化。简化后的振荡器用“L”和“R”分别代表左右部分的四个中间神经元及其突触连接。

电路构建

• 振荡器连接 ：振荡器可以通过EIN和LIN中间神经元与其他振荡器建立连接。两个相同的振荡器可以通过抑制性突触连接，即第一个振荡器的EIN向第二个振荡器的同侧LIN发射抑制性突触。当多个振荡器以这种方式依次连接时，就形成了链式抑制CPG电路。
• 突触权重设置 ：振荡器之间的抑制性突触权重ωc被设置为相同的值 -1，目的是保持振荡器之间固定的相位差。
• 特殊振荡器 ：电路中除了普通振荡器外，还有一个特殊的命令振荡器，它属于运动控制中心，向链式拓扑的第一个振荡器发射抑制性突触。同时，命令振荡器还有两个额外的突触，一个兴奋性突触和一个抑制性突触，用于调制振荡器之间的相位差。这两个突触的权重定义如下：
  • $\omega_{excitatory} = \frac{\alpha}{\gamma + \alpha}$