Neuronal Dynamics:第四章笔记

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使用Python模拟Chay神经元模型,可借助龙格 - 库塔方法求解其微分方程。以下是具体实现代码: ```python import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt # 定义Chay神经元模型的参数 C = 1.0 # 膜电容 gK = 80.0 # 钾离子通道电导 gCa = 4.0 # 钙离子通道电导 gL = 2.0 # 泄漏通道电导 VK = -80.0 # 钾离子反转电位 VCa = 120.0 # 钙离子反转电位 VL = -60.0 # 泄漏反转电位 phi = 0.06 # 门控变量的时间尺度因子 p = 2.0 # 钾离子门控变量的幂次 q = 2.0 # 钙离子门控变量的幂次 r = 3.0 # 泄漏门控变量的幂次 # 定义Chay神经元模型的微分方程 def chay_model(t, y): V, n, s = y # 钾离子通道的激活变量 alpha_n = 0.01 * (V + 50.0) / (1 - np.exp(-(V + 50.0) / 10.0)) beta_n = 0.125 * np.exp(-(V + 60.0) / 80.0) # 钙离子通道的激活变量 alpha_s = 1.6 / (1 + np.exp(-(V + 10.0) / 15.0)) beta_s = 0.02 * np.exp(-(V + 60.0) / 18.0) # 膜电位的微分方程 IK = gK * (n ** p) * (V - VK) ICa = gCa * (s ** q) * (V - VCa) IL = gL * (V - VL) dVdt = (1 / C) * (-IK - ICa - IL) # 门控变量的微分方程 dndt = phi * (alpha_n * (1 - n) - beta_n * n) dsdt = phi * (alpha_s * (1 - s) - beta_s * s) return [dVdt, dndt, dsdt] # 定义龙格 - 库塔方法 def runge_kutta4(func, t0, y0, h, num_steps): t_values = [t0] y_values = [y0] t = t0 y = y0 for _ in range(num_steps): k1 = np.array(func(t, y)) k2 = np.array(func(t + h/2, y + h/2 * k1)) k3 = np.array(func(t + h/2, y + h/2 * k2)) k4 = np.array(func(t + h, y + h * k3)) y = y + h/6 * (k1 + 2*k2 + 2*k3 + k4) t = t + h t_values.append(t) y_values.append(y) return t_values, y_values # 初始条件 V0 = -60.0 n0 = 0.0 s0 = 0.0 y0 = [V0, n0, s0] t0 = 0.0 h = 0.01 num_steps = 10000 # 运行龙格 - 库塔方法 t_values, y_values = runge_kutta4(chay_model, t0, y0, h, num_steps) # 提取膜电位 V_values = [y[0] for y in y_values] # 绘制膜电位随时间的变化 plt.plot(t_values, V_values) plt.xlabel('Time (ms)') plt.ylabel('Membrane Potential (mV)') plt.title('Chay Neuronal Model Simulation using Runge - Kutta Method') plt.show() ``` 在这段代码中,首先定义了Chay神经元模型的参数,接着实现了模型的微分方程`chay_model`。然后使用四阶龙格 - 库塔方法`runge_kutta4`来求解微分方程。最后设置初始条件,运行龙格 - 库塔方法,并将膜电位随时间的变化绘制出来[^1]。
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