انجمن فیزیک ایران مجلۀ پژوهش فیزیک ایران 1682-6957 23 1 2023 05 22 Nonlinear brain dynamics in neural field model and harmonic generation responses to the external stimuli دینامیک غیرخطی مغز در مدل میدان عصبی و تولید هارمونیک‌ها در پاسخ به تحریک خارجی 115 124 3372 10.47176/ijpr.23.1.11595 FA مریم روشن بین دانشکده علوم پایه، دانشگاه صنعتی نوشیروانی، بابل حسن علی نژاد دانشکده علوم پایه، دانشگاه صنعتی نوشیروانی، بابل حسین آکو دانشکده علوم پایه، دانشگاه صنعتی نوشیروانی، بابل 0000-0003-1433-5277 Journal Article 2022 11 06 The most important nonlinear feature in the EEG response to external stimuli is the harmonic generation and entrainment which is due to the interaction between stimuli and ongoing brain oscillations. In this paper, we study the nonlinear brain dynamics and harmonic generation responses to the periodic external stimuli by employing continuum neural field model. A compact dynamical model of brain activity is first introduced, and the governing equations for the evolution of potential are obtained. Then, using<strong> </strong>the perturbation method and multiple time<strong> </strong>scales, we show brain response oscillations in harmonic drive frequency consistent with the recorded scalp EEGs from awake human subjects. Finally, to confirm the experimentally observed results of interaction between photic driving and brain dynamics, we have numerically simulated the full neural field model equations, and have shown harmonic frequency generation over a range of external frequencies. مهم‌ترین ویژگی غیرخطی در پاسخ الکتروآنسفالوگرام (EEG) به تحریک خارجی مغز، تولید هارمونیک‌ها و کشش بسامدی است که ناشی از برهمکنش بین محرک خارجی و نوسانات مغز است. در این مقاله، با استفاده از مدل پیوستۀ میدان عصبی در سامانۀ کورتکس-تالاموس، دینامیک غیرخطی مغز و تولید هارمونیک‌ها را در پاسخ به تحریک خارجی دوره‌ای بررسی می‌کنیم. ابتدا با معرفی مدل کامل و فشردۀ میدان عصبی، معادلات حاکم بر تحول پتانسیل مغز را به دست می‌آوریم. سپس با استفاده از روش اختلال کاهش‌یافته و مقیاس‌های زمانی چندگانه نشان می‌دهیم که پاسخ نوسانات مغز در هارمونیک‌های متفاوت، بسامد نوسانات خارجی است که مرتبط با سیگنال‌های EEG ثبت ‌شده از نمونه‌های انسانی در وضعیت بیداری است. در انتها‌ با شبیه‌سازی مدل کامل میدان عصبی، طیفی از تولید هارمونیک‌ها در بسامد‌های متفاوت تحریک خارجی به دست آمده‌ است که مرتبط با نتایج تجربی برهمکنش تحریک وابسته به نور با مغز است. https://ijpr.iut.ac.ir/article_3372_37d0b499fb84a552c17fcbb1442d7895.pdf