经颅电磁刺激,作为一种无创式刺激方法被广泛应用于认知功能的研究及各种神经生理疾病和疼痛障碍的治疗,然而其调制神经系统活动的作用机制尚不清楚,导致至今尚未建立一个完善的协议标准来指导和规范该类技术,这严重制约了它的发展。电磁刺激技术的共同规律是通过在脑组织中产生一个感应电场来调制神经活动。研究发现,电磁刺激对神经系统的调节作用是内、外电场综合作用的结果。内生场由体内结构化神经网络的活动引发,它通过反馈的方式参与很多重要的神经过程。因此,研究内、外电场对神经元活动的调节机制具有重要意义。根据细胞外机制,建立了匀强电场作用下海马CA1区锥体神经元模型,分析了神经元对电场刺激的响应特性,研究了神经元基本形态参数对细胞外匀强电场作用效果的影响,发现形态参数能非线性的影响神经元对胞外电场的响应,且神经元不同部位对胞外电场刺激的敏感度不同。此外,神经元与电场的相对位置也是影响场效应的一个重要因素。兴奋性突触后电位的存在会使神经元更加容易放电,电场的刺激阈值随兴奋性突触后电位幅值的增加而减小,同时它也可以调节形态参数对电场刺激阈值的影响作用。建立了带有反馈时滞的神经网络内生场反馈模型,研究了神经网络中的随机共振现象,系统分析了内生场对神经元网络随机共振的调节作用。发现存在最优的内生场反馈系数使得神经系统的随机共振性能达到最佳。并且,当反馈时滞是弱周期信号整数倍时,能提高神经网络检测弱信号的性能,而当反馈时滞是弱周期信号半周期的整数倍时会破坏神经系统检测弱信号的能力。本文从内、外电场的角度研究电场刺激对神经元活动的调节机制,所得结果对揭示场效应机制、寻找最优的刺激幅值等有着重要的意义。