An Introduction to Modeling Neuronal Dynamics

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出版者:Springer
作者:Christoph Börgers
出品人:
页数:457
译者:
出版时间:2017-5-16
价格:USD 79.99
装帧:Hardcover
isbn号码:9783319511702
丛书系列:
图书标签:
  • 计算神经科学
  • 神经科学
  • 生物-生物数学
  • 数学-ComputationalNeuroscience
  • neuronal dynamics
  • modeling
  • neuroscience
  • mathematics
  • biology
  • computational
  • neurophysiology
  • differential equations
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具体描述

《神经元动力学导论》是一本旨在为读者深入剖析神经元复杂而迷人的世界而设计的著作。它并非一本提供具体研究案例或解决方案的手册,而是一扇通往理解神经元如何工作、它们如何协同发出信号以及这些信号如何在大脑中形成复杂功能的大门。 本书的核心在于“动力学”,这是一个关键的术语,它暗示着本书将着重于神经元活动的连续变化和时间演变,而非静态的结构描述。读者将在这里探索的是一个充满活力的系统,其每一个状态都受先前状态和外部输入的深刻影响。这种动力学视角是理解大脑信息处理的基础,因为神经元并非孤立的单元,它们的活动是一个连续且动态的交互过程。 在内容构成上,《神经元动力学导论》将围绕以下几个关键领域展开: 第一部分:神经元的电生理基础 离子通道与膜电位: 本部分将从最基本的层面入手,详细介绍构成神经元细胞膜的各种离子通道(如钠离子通道、钾离子通道、钙离子通道等)。我们将深入探讨这些通道的结构、功能以及它们如何根据电化学梯度和电压变化而打开或关闭。这将直接引出细胞膜两侧离子分布差异所产生的静息膜电位,并解释这是神经元维持其基本电活动状态的关键。 动作电位(Spike)的生成与传播: 动作电位是神经元传递信息的基本单位,本书将详尽地阐述其产生机制。从阈值电位的概念,到钠离子通道快速开放引起的去极化,再到钾离子通道的延迟开放和失活机制导致的复极化与超极化,每一个步骤都将被细致地描绘。此外,本书还会探讨动作电位如何在轴突中以“全有或全无”的方式进行无衰减地传播,以及其速度受轴突直径和髓鞘化程度的影响。 突触传递: 神经元之间通过突触进行信息交流。本书将深入介绍突触的结构,包括突触前末梢、突触间隙和突触后膜。我们将详细解析神经递质的合成、储存、释放、扩散以及与突触后受体的结合过程。同时,还会探讨兴奋性突触后电位(EPSP)和抑制性突触后电位(IPSP)的产生及其对突触后神经元膜电位的影响。 第二部分:单神经元的数学模型 Hodgkin-Huxley模型及其简化: 赫胥黎模型是描述动作电位生成最经典的数学模型之一,本书将对其核心方程组进行详细的介绍,并解释方程中各个参数的生物学意义,如离子电导率、离子平衡电位等。在此基础上,为了更好地理解和处理,本书还将介绍一些简化的模型,如FitzHugh-Nagumo模型和Morris-Lecar模型,它们在保持关键动力学特征的同时,降低了模型的复杂性,便于分析和计算。 整合模型(Integrate-and-Fire模型): 这种模型进一步简化了神经元的电活动描述,将神经元的膜电位视为一个随时间积分输入而变化的量,当膜电位达到某个阈值时,即触发一次动作电位,随后膜电位被重置。本书将介绍不同类型的整合模型,如Leaky Integrate-and-Fire (LIF) 模型,并讨论它们在描述神经元输入-输出关系方面的优势和局限性。 突触模型: 除了描述神经元的电生理特性,本书还会涉及突触传递的数学模型,例如用于描述突触后电位变化的标准模型,以及用于模拟神经递质释放概率和突触强度动态变化的模型。 第三部分:网络中的神经元动力学 耦合神经元网络: 神经元并非孤立存在,它们通过突触连接形成复杂的网络。本书将探讨不同类型的网络连接(如全连接、稀疏连接、局部连接等)如何影响整体的动力学行为。读者将学习到如何分析和模拟由大量神经元组成的网络的活动模式。 同步与振荡: 神经元网络常常表现出同步放电或周期性振荡的行为,这些现象在认知功能(如注意力、记忆)中扮演着重要角色。本书将介绍导致神经元同步化的机制,如共发射、延迟耦合等,并探讨网络振荡的产生根源以及其在信息编码中的作用。 网络中的信息处理: 本部分将从动力学的视角探讨信息如何在神经元网络中传递、转换和储存。我们将关注网络对不同类型输入的响应,以及如何通过网络的结构和动力学特性实现复杂的功能,如模式识别、学习和决策。 本书的特点: 《神经元动力学导论》致力于提供一种严谨而又不失启发性的学习体验。它将通过清晰的数学推导、直观的图形化解释以及对关键生物学概念的深入阐述,帮助读者建立起对神经元动力学坚实的基础理解。本书的语言风格将力求准确、简洁,并避免使用过于专业或晦涩的术语,除非其含义已被充分解释。对于初学者而言,它提供了进入神经科学计算和理论研究领域的绝佳起点;对于有经验的研究者而言,它则是一份宝贵的参考资料,能够深化其对神经元动力学本质的认识。 本书的编写宗旨并非填鸭式地灌输知识,而是引导读者主动思考,理解隐藏在复杂现象背后的基本原理。通过掌握神经元动力学的核心概念,读者将能够更好地理解大脑是如何工作的,以及如何利用这些知识来设计更有效的脑科学实验或开发更先进的神经形态计算系统。它为理解从单个离子通道的开关到宏观脑活动的涌现,提供了一个统一的理论框架。

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目录信息

读后感

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用户评价

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作为一名对大脑工作机制充满好奇的学习者,《An Introduction to Modeling Neuronal Dynamics》为我带来了前所未有的学习体验。我一直以来都对如何用数学语言描述生物体的复杂行为感到着迷,而神经元动力学无疑是其中最迷人的领域之一。这本书以一种非常有条理的方式,引导我逐步走进这个由方程和生物学原理交织而成的世界。作者从最基础的电化学原理出发,阐述了细胞膜内外离子分布如何产生电势差,以及这个电势差如何随着离子通道的开关而动态变化。我尤其喜欢作者在解释动作电位产生过程时所使用的类比,这让我能够更直观地理解那一系列复杂的电生理事件。书中对不同模型(如Integrate-and-Fire、FitzHugh-Nagumo等)的深入剖析,让我看到了数学模型在解释和预测神经元行为方面的强大力量。它不仅仅是关于理论,更是关于如何将抽象的数学概念与具体的生物学现象联系起来。我多次被书中对特定神经元类型(如锥体细胞、中间神经元)的建模讨论所吸引,这让我了解到神经系统的异质性以及不同单元在网络中的独特作用。这本书的深度和细节,无疑是那些想要深入理解神经科学底层机制的读者的理想选择。

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我一直对神经科学领域中的数学建模感到着迷,而《An Introduction to Modeling Neuronal Dynamics》这本书为我提供了深入探索这个迷人领域的绝佳途径。这本书的作者展现了非凡的叙事能力,将复杂的概念以清晰、逻辑严谨的方式呈现出来。我被书中对各种神经元模型的详细介绍所深深吸引,从最基础的Integrate-and-Fire模型到更具生物学准确性的Hodgkin-Huxley模型,作者都提供了详实的解释和精美的插图。我尤其欣赏书中对模型参数的深入讨论,作者详细解释了每个参数的生理意义,以及它们如何影响神经元的放电模式和网络行为。这让我能够更深刻地理解模型与真实生物系统之间的联系。此外,书中对突触可塑性以及神经调质作用的建模也令我印象深刻,这让我了解到神经系统如何能够适应和学习。我常常会在阅读过程中停下来,反复琢磨某个模型所揭示的道理,那种深入思考的乐趣是无与伦比的。这本书不仅是一本关于神经动力学的入门读物,更是一本激发求知欲的探索指南,它让我对大脑的工作原理有了更深刻的理解。

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对于渴望理解神经科学背后数学机制的读者,《An Introduction to Modeling Neuronal Dynamics》无疑是一本必读之作。我被这本书的严谨性和深度深深吸引。作者以一种非常系统的方式,从最基础的电生理原理开始,逐步构建出复杂的神经元模型。我特别喜欢书中对Hodgkin-Huxley模型的详尽阐述,作者不仅仅给出了方程,更深入地解释了每个方程所代表的生物学含义,例如钠离子和钾离子的电流、电压依赖性以及时间依赖性。这种对模型“生命力”的挖掘,让我觉得我不是在学习一套枯燥的数学公式,而是在理解一个活生生的生物过程。书中还涉及了一些关于神经元集群和网络动力学的初步概念,例如同步放电和振荡,这让我对大脑的信息处理方式有了更宏观的认识。我多次被书中对特定神经元模型的模拟结果所吸引,那些图形化的展示,直观地展现了模型如何准确地预测神经元的行为。这本书的出版,无疑为神经科学领域的学习者提供了一个坚实的理论基础。

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这本《An Introduction to Modeling Neuronal Dynamics》实在是一本引人入胜的书籍,尤其是对于那些想要深入理解神经科学背后数学模型的人来说。我一直对大脑如何工作充满好奇,特别是那些复杂的神经元网络是如何产生我们感知、思考和行动的。这本书恰恰填补了我在这方面的知识空白。作者以一种非常系统且循序渐进的方式,从最基础的神经元模型开始,逐步引入更复杂的概念,比如动作电位的生成、突触传递的机制,以及如何用数学方程来描述这些生物过程。我特别欣赏的是,书中并没有简单地罗列公式,而是花了大量的篇幅解释这些模型的物理和生物学意义,以及它们是如何与真实的神经生理学现象相对应的。阅读过程中,我仿佛能够看到那些微小的神经元在我的脑海中活跃起来,它们的电信号如同河流般流淌,最终汇聚成我们所谓的意识。书中还穿插了一些经典的实验和发现,这让理论知识变得更加生动和接地气,也让我对神经科学的研究历史有了更深的认识。我常常会被某个模型所吸引,然后花上很长时间去琢磨它所揭示的奥秘,那种求知若渴的感觉,在其他很多书中都难以体验到。这本书的排版和插图也很精良,有助于理解抽象的概念。

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我一直对如何构建数学模型来理解大脑的复杂运作充满热情,而《An Introduction to Modeling Neuronal Dynamics》这本书恰恰满足了我对这一领域探索的渴望。这本书的独特之处在于它并非孤立地呈现数学公式,而是将它们置于丰富的生物学背景之中,并详细阐述了模型构建背后的逻辑和思想。作者在介绍Hodgkin-Huxley模型时,并没有直接跳到复杂的微分方程,而是先循序渐进地解释了钠离子和钾离子的电流是如何影响膜电位的,以及这些电流是如何依赖于电压和时间而变化的。这种“由易到难”的讲解方式,让我能够深刻理解模型中每一项的含义,而不是仅仅将其视为抽象的数学符号。此外,书中对不同类型的神经元网络模型(如全耦合网络、稀疏连接网络)的探讨,也让我对大脑信息处理的整体架构有了更清晰的认识。我特别欣赏作者在书中提及的一些网络动力学现象,例如同步放电、振荡以及混沌行为,这些都为我理解大脑的计算能力提供了新的视角。这本书的理论深度与实践指导性并存,为我开启了通往神经计算的大门。

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我之所以选择阅读《An Introduction to Modeling Neuronal Dynamics》,是因为我对神经科学领域中的数学建模充满了浓厚的兴趣。这本书以其清晰的逻辑和严谨的论证,成功地满足了我的期望,并在此基础上提供了更深入的洞察。作者在处理复杂的神经元动力学时,展现了卓越的叙事能力。他从最基础的Leaky Integrate-and-Fire模型入手,逐步引导读者理解其背后的生物学原理,例如膜电容、膜电阻以及阈值激发等概念。随后,作者巧妙地引入了更复杂的模型,如Hodgkin-Huxley模型,并对其关键的离子通道动力学进行了深入的剖析。我特别喜欢书中对模型参数的讨论,作者详细解释了这些参数的生理意义,以及它们如何影响神经元的放电模式。这使得我对神经元行为的理解更加深刻,也能够更好地解释实验数据。此外,本书还涉及了网络动力学的一些初步概念,例如连接权重、同相/反相振荡等,这为我后续学习更高级的神经动力学模型打下了坚实的基础。这本书不仅仅是一本教材,更是一份对神经科学奥秘的探索指南,它点燃了我对这个领域的无限热情。

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我一直对大脑的运作机制充满好奇,尤其对如何用数学模型来精确描述神经元的活动和信息传递过程深感兴趣。《An Introduction to Modeling Neuronal Dynamics》这本书为我提供了深入探索这个领域的绝佳机会。作者以一种非常引人入胜的方式,将复杂的神经动力学概念分解成易于理解的组成部分。我特别欣赏书中对不同类型神经元模型的介绍,从最简单的Integrate-and-Fire模型到更复杂的Hodgkin-Huxley模型,作者都进行了详细的推导和解释,并且清晰地阐述了每个模型的生物学基础和适用范围。我常常在阅读中被书中对特定现象(如阈值激发、后电位)的建模讨论所吸引,这让我能够更深入地理解这些现象背后的机制。此外,书中对突触传递的数学描述也令我印象深刻,它揭示了突触强度和动力学如何影响神经网络的整体功能。我真心认为,这本书不仅是一本教科书,更是一本能够点燃读者对神经科学探索热情的神奇读物,它为我打开了一个充满无限可能的世界。

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我一直认为,要想真正掌握一个复杂的领域,理解其底层模型至关重要。对于神经动力学这个我一直充满兴趣的领域,《An Introduction to Modeling Neuronal Dynamics》无疑为我打开了一扇新世界的大门。这本书的叙事方式非常独特,它不像许多枯燥的教科书那样,上来就堆砌大量的数学符号和定理,而是通过一种“问题驱动”的方式来引导读者。作者总是会先提出一个关于神经元行为的有趣问题,然后逐步构建出能够解释这个现象的数学模型。这种方式极大地激发了我的阅读兴趣,让我觉得我不是在被动地学习知识,而是在主动地参与到科学探索的过程中。例如,在解释Hodgkin-Huxley模型时,作者并没有直接给出复杂的偏微分方程组,而是先详细阐述了膜电位、离子通道和电流之间的关系,以及它们是如何相互作用产生动作电位的。这种“由表及里”的讲解方式,让我能够真正理解每一个数学项的物理含义,而不是仅仅记住它们。此外,书中还涉及了一些计算神经科学的常用工具和方法,这对于想要将理论应用于实践的读者来说,具有很高的参考价值。我真心推荐这本书给所有对神经科学和计算模型感兴趣的人。

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对于任何渴望理解神经科学复杂性的读者而言,《An Introduction to Modeling Neuronal Dynamics》无疑是一部杰作。我被这本书的深度和广度深深吸引。作者在阐述神经元模型时,并非止步于理论框架,而是深入探讨了模型的局限性和适用范围,这为我提供了一种批判性思维的视角。例如,在介绍简化的神经元模型时,作者会将其与更真实的生物学过程进行对比,并说明为何需要这些简化,以及这些简化可能带来的误差。这种严谨的态度让我对模型有了更清醒的认识。书中关于突触传递的章节尤其令我印象深刻,作者详细介绍了不同类型的突触,以及突触可塑性如何影响神经信息的传递和处理。我尤其欣赏作者对随机性和噪声在神经动力学中作用的讨论,这使得我认识到,神经系统并非一个完全确定性的系统,而是充满了不可预测性,而模型也必须考虑这一点。这本书的语言风格非常专业,但同时也保持了一种可读性,让即使非专业背景的读者也能逐步理解其中的概念。我可以说,这本书极大地提升了我对神经科学研究方法的认识,也为我日后的学习和研究指明了方向。

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在众多的神经科学书籍中,《An Introduction to Modeling Neuronal Dynamics》以其独特的视角和严谨的学术态度脱颖而出,为我带来了深刻的学习体验。我一直以来都对如何用数学语言来精确描述生物体复杂的动态行为感到着迷,而神经元动力学正是这一领域的典范。这本书的作者以一种非常系统且富有逻辑的方式,将神经元建模的核心概念逐一呈现。我特别欣赏书中对Hodgkin-Huxley模型的细致讲解,作者并非简单地罗列复杂的微分方程,而是深入地阐述了模型中每一项的生理学意义,例如钠离子通道的激活和失活门控变量,以及它们如何随电压和时间的变化而影响膜电位。这种“剥洋葱”式的讲解方式,让我对模型有了更深刻的理解,也能够更好地将理论与实验数据联系起来。此外,书中对不同神经元网络拓扑结构(如全连接、局部连接)的建模分析,也为我理解大脑信息处理的并行性和分布式特性提供了重要线索。我多次在阅读过程中被书中对神经振荡和同步放电现象的解释所启发,这些都为我理解大脑的计算能力提供了新的视角。这本书的深度和广度,无疑为任何渴望深入理解神经科学的读者提供了一份宝贵的指南。

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