Chronotherapy is a treatment for mood disorders, including major depressive disorder, mania, and bipolar disorder (BD). Neurotransmitters associated with the pathology of mood disorders exhibit circadian rhythms. A functional deficit in the neural circuits related to mood disorders disturbs the circadian rhythm; chronotherapy is an intervention that helps resynchronize the patient's biological clock with the periodic daily cycle, leading to amelioration of symptoms. In previous reports, Hadaeghi et al. proposed a non-linear dynamic model composed of the frontal and sensory cortical neural networks and the hypothalamus to explain the relationship between deficits in neural function in the frontal cortex and the disturbed circadian rhythm/mood transitions in BD (hereinafter referred to as the Hadaeghi model). In this model, neural activity in the frontal and sensory lobes exhibits periodic behavior in the healthy state; while in BD, this neural activity is in a state of chaos-chaos intermittency; this temporal departure from the healthy periodic state disturbs the circadian pacemaker in the hypothalamus. In this study, we propose an intervention based on a feedback method called the “reduced region of orbit” (RRO) method to facilitate the transition of the disturbed frontal cortical neural activity underlying BD to healthy periodic activity. Our simulation was based on the Hadaeghi model. We used an RRO feedback signal based on the return-map structure of the simulated frontal and sensory lobes to induce synchronization with a relatively weak periodic signal corresponding to the healthy condition by applying feedback of appropriate strength. The RRO feedback signal induces chaotic resonance, which facilitates the transition to healthy, periodic frontal neural activity, although this synchronization is restricted to a relatively low frequency of the periodic input signal. Additionally, applying an appropriate strength of the RRO feedback signal lowered the amplitude of the periodic input signal required to induce a synchronous state compared with the periodic signal applied alone. In conclusion, through a chaotic-resonance effect induced by the RRO feedback method, the state of the disturbed frontal neural activity characteristic of BD was transformed into a state close to healthy periodic activity by relatively weak periodic perturbations. Thus, RRO feedback-modulated chronotherapy might be an innovative new type of minimally invasive chronotherapy.

中文翻译：

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使用外部反馈信号将神经活动从混沌双相障碍状态转变为周期性健康状态

时间疗法是一种治疗情绪障碍的方法，包括重度抑郁症、躁狂症和双相情感障碍 (BD)。与情绪障碍病理相关的神经递质表现出昼夜节律。与情绪障碍相关的神经回路的功能缺陷会扰乱昼夜节律；时间疗法是一种干预措施，有助于使患者的生物钟与周期性的日常周期重新同步，从而改善症状。在之前的报告中，Hadaeghi 等人。提出了由额叶和感觉皮层神经网络和下丘脑组成的非线性动力学模型来解释额叶皮层神经功能缺陷与BD中昼夜节律/情绪转换紊乱之间的关系（以下简称Hadaeghi模型） ）。在这个模型中，额叶和感觉叶的神经活动在健康状态下表现出周期性行为；而在BD中，这种神经活动处于混沌-混沌间歇状态；这种与健康周期性状态的时间偏离扰乱了下丘脑的昼夜节律起搏器。在这项研究中，我们提出了一种基于反馈方法的干预措施，称为“减少轨道区域”（RRO）方法，以促进 BD 基础上受到干扰的额叶皮层神经活动向健康周期性活动的转变。我们的模拟基于 Hadaeghi 模型。我们使用基于模拟额叶和感觉叶的返回图结构的 RRO 反馈信号，通过应用适当强度的反馈来诱导与对应于健康状况的相对较弱的周期信号同步。RRO 反馈信号引起混沌共振，促进向健康、周期性额叶神经活动的过渡，尽管这种同步仅限于周期性输入信号的相对较低频率。此外，与单独应用的周期信号相比，应用适当强度的 RRO 反馈信号降低了引起同步状态所需的周期输入信号的幅度。总之，通过RRO反馈方法引起的混沌共振效应，BD的受扰的额叶神经活动特征状态通过相对较弱的周期扰动转变为接近健康周期活动的状态。因此，RRO 反馈调节计时疗法可能是一种创新的新型微创计时疗法。这有助于过渡到健康的、周期性的额叶神经活动，尽管这种同步仅限于相对较低频率的周期性输入信号。此外，与单独应用的周期信号相比，应用适当强度的 RRO 反馈信号降低了引起同步状态所需的周期输入信号的幅度。总之，通过RRO反馈方法引起的混沌共振效应，BD的受扰的额叶神经活动特征状态通过相对较弱的周期扰动转变为接近健康周期活动的状态。因此，RRO 反馈调节计时疗法可能是一种创新的新型微创计时疗法。这有助于过渡到健康的、周期性的额叶神经活动，尽管这种同步仅限于相对较低频率的周期性输入信号。此外，与单独应用的周期信号相比，应用适当强度的 RRO 反馈信号降低了引起同步状态所需的周期输入信号的幅度。总之，通过RRO反馈方法引起的混沌共振效应，BD的受扰的额叶神经活动特征状态通过相对较弱的周期扰动转变为接近健康周期活动的状态。因此，RRO 反馈调节计时疗法可能是一种创新的新型微创计时疗法。尽管这种同步仅限于周期性输入信号的相对较低频率。此外，与单独应用的周期信号相比，应用适当强度的 RRO 反馈信号降低了引起同步状态所需的周期输入信号的幅度。总之，通过RRO反馈方法引起的混沌共振效应，BD的受扰的额叶神经活动特征状态通过相对较弱的周期扰动转变为接近健康周期活动的状态。因此，RRO 反馈调节计时疗法可能是一种创新的新型微创计时疗法。尽管这种同步仅限于周期性输入信号的相对较低频率。此外，与单独应用的周期信号相比，应用适当强度的 RRO 反馈信号降低了引起同步状态所需的周期输入信号的幅度。总之，通过RRO反馈方法引起的混沌共振效应，BD的受扰的额叶神经活动特征状态通过相对较弱的周期扰动转变为接近健康周期活动的状态。因此，RRO 反馈调节计时疗法可能是一种创新的新型微创计时疗法。与单独应用的周期信号相比，应用适当强度的 RRO 反馈信号降低了引起同步状态所需的周期输入信号的幅度。总之，通过RRO反馈方法引起的混沌共振效应，BD的受扰的额叶神经活动特征状态通过相对较弱的周期扰动转变为接近健康周期活动的状态。因此，RRO 反馈调节计时疗法可能是一种创新的新型微创计时疗法。与单独应用的周期信号相比，应用适当强度的 RRO 反馈信号降低了引起同步状态所需的周期输入信号的幅度。总之，通过RRO反馈方法引起的混沌共振效应，BD的受扰的额叶神经活动特征状态通过相对较弱的周期扰动转变为接近健康周期活动的状态。因此，RRO 反馈调节计时疗法可能是一种创新的新型微创计时疗法。通过相对较弱的周期性扰动，BD 特征性的受干扰的额叶神经活动状态转变为接近健康周期性活动的状态。因此，RRO 反馈调节计时疗法可能是一种创新的新型微创计时疗法。通过相对较弱的周期性扰动，BD 特征性的受干扰的额叶神经活动状态转变为接近健康周期性活动的状态。因此，RRO 反馈调节计时疗法可能是一种创新的新型微创计时疗法。