神经信息科学是在计算机、数学、生物电磁技术等多门交叉学科基础上发展而来的研究领域,对其进行研究有助于促进人工智能、类脑计算、离子通道疾病治疗等多方面的发展。神经元是神经系统的基本功能单位和基础结构,神经元之间通过动作电位来实现信息的传递。本文以单个Hoghkin-Huxley(HH)神经元模型为研究对象,采用非线性动力学理论以及仿真模拟对HH模型进行分析,并对其动态过程硬件实现。具体的研究内容有以下几个方面。(1)神经元模型的选择以及非线性动力学基础理论。主要解释了神经元的结构,离子通道的开闭机制以及神经元的基本电生理活动。分析了几类常见神经元模型的发展历程与各模型描述神经元电活动的方法,并且选择了最为合适的HH模型作为研究对象。HH模型中各参数生理意义明确并且结构符合生物实际,适合用于对单神经元的研究。并介绍了分析非线性系统HH模型时所使用的基础理论。(2)神经元动作电位动态过程分析以及数值模拟仿真。以单个HH神经元模型为研究对象,分别以几个生理意义明确的参数:刺激电流、钠离子通道反转电势、钾离子通道反转电势、漏通道反转电势为分岔参数,通过数值模拟仿真以及非线性动力学分岔理论分析的方法,对神经元动作电位动态过程进行了研究。结果表明,刺激电流的改变会引起系统稳定性的变化,不同的刺激的强度下神经元动作电位会表现出不同的响应情况。分别以三个离子通道反转电势为分岔参数时,也会引起神经元周期性发放动作电位,这可能是导致离子通道疾病的原因。(3)神经元动作电位动态过程的硬件实现。在Matlab、DSP Builder以及Quartus II的混合编译环境下对HH模型建模并仿真,通过FPGA(Field Programmable Gate Array,现场可编程门阵列)实现神经元动作电位的发放。分别以刺激电流以及三个离子通道反转电势为分岔参数,对DSP Builder模型仿真,并与硬件实现结果进行了对比,两者结果具有一致性。结果表明所搭建的硬件实验平台能够很好的实现神经元动作电位的动态过程。