神经刺激技术因其在治疗癫痫、帕金森病和抑郁症等疾病方面的潜力而受到神经科学和控制界的广泛关注。所提供的刺激可以是不同类型的,例如电、磁和光遗传学,并且通常应用于大脑的特定区域,以驱动局部和/或整体神经动态达到所需的(不)活动状态。然而,对于大多数神经刺激技术而言,对其功效的潜在理论理解仍然缺乏。从控制理论的角度来看,重要的是要了解每种刺激方式如何与大脑固有的复杂网络动态相互作用,以评估系统的可控性并开发可用于系统地和闭环设计刺激配置文件的神经生理学相关计算模型。在本文中,我们回顾了 1)深部脑刺激、2)经颅磁刺激、3)直流电刺激、4)经颅电刺激和 5)光遗传学的计算建模研究,这五种神经刺激技术在研究和临床环境中最为流行和常用。对于每种技术,我们将所审查的研究分为 1)理论驱动的生物物理模型,捕捉刺激源和神经组织之间相互作用的低级物理,2)数据驱动的刺激-反应模型,捕捉刺激对各种感兴趣的生物标志物的端到端影响,以及 3)数据驱动的动态系统模型,从神经数据中提取大脑对神经刺激反应的精确动态。虽然我们特别关注后一类,因为它们在控制设计中更有用,但我们回顾了前两类中的关键工作,作为动态系统模型已经和将要开发的基础和背景。在所有情况下,我们强调了动态系统模型的优势和潜力。
主要关键词