23008

مدل‌سازي نوسانات نوروني تحت تاثير تحريك نوري

كارشناسي ارشد

مهندسي پزشكي - بيوالكتريك

1399/7/30

دكتر سيد حجت سبزپوشان

برق

شبكه‌هاي عصبي از تعداد زيادي نورون تشكيل شده‌اند. اسيلاتورهاي نوروني يكي از اصلي‌ترين اجزاي اين شبكه‌ها هستند. بنابراين روشن است كه آناليز پايداري و تجزيه و تحليل نوسانات نوروني اهميت زيادي در مطالعه ديناميك و رفتار سيستم عصبي انسان داشته باشد. در اين راستا مكانيزم شروع يا توقف نوسانات نوروني نقش مهمي در سلامت يا اختلالات مغزي و بيماري‌هاي عصبي دارد. هم اكنون محققين به كاربرد نور و ليزر در درمان بيماري‌ها مخصوصا بيماري‌هاي عصبي توجه فراواني نموده اند. در اين تحقيق به بررسي اثر نور بر نوسانات نوروني مي‌پردازيم. به اين منظور براي مدل‌سازي و تجزيه و تحليل نوسانات نوروني، فرماليزم هاچكين و هاكسلي به عنوان مبنا انتخاب گرديده و نسخه‌ي توسعه يافته‌اي از آن ارايه شده است. سپس براي وارد كردن اثرات نور بر رفتار نورون، روابط كندوكتانس‌ها و دريچه‌هاي يوني اصلاح گرديده است. يكي از تفاوت‌هاي رويكرد ارايه شده در اين تحقيق نسبت به تحقيقات گذشته، آن است كه ظرفيت خازن غشا نوروني وابسته به شدت نور در نظر گرفته شده است. با استفاده از مدل ارايه شده اثر نور بر الگوي نوسانات نوروني به ويژه چگونگي قطع اين نوسانات، مطالعه و شبيه‌سازي مي‌گردد. نتايج نشان مي‌دهد كه توقف نوسانات در اثر رخداد دو نوع دوشاخگي، يعني هاف فوق بحراني و دور حدي پيچيده بوجود مي‌آيد كه با مشاهدات تجربي در زمينه نروديناميك سازگار است. به علاوه، با استفاده از مدل ارايه شده اثر نور بر ويژگي‌هاي تحريك‌پذيري و انتشار پتانسيل عمل در رشته‌ي عصبي نيز بررسي شده است. از نتايج ديگر اين تحقيق پيشنهاد رابطه‌ي جديدي بين تحريك نوري و تاثيرات دمايي آن بر نورون‌ها است.

1399/10/17

Modeling of neuronal oscillations under light stimulation

10/21/2020 12:00:00 AM

Neural networks formed from large number neurons. Neural oscillators are of the most important part of these networks. Therefore, stability analysis and analyzing of neuronal oscillation plays a crucial role in studying dynamics and human neural system behaviors. In order to this, the way oscillations start or stop, is critical in health or disorders in brain and neural diseases. Nowadays researchers found applications of light and laser in treatment of such diseases. In this research, we studied effects of light on neural oscillations. To do so, we used original Hodgkin and Huxley model for analyzing and proposed a developed version of it. Afterward, to simulate light effects on neuronal behaviors, equations of conductances and ionic gates were modified. One of the most important differences between this research and previous studies is membrane capacitance which is dependence to intensity of light. Using proposed model, effects of light on neuronal oscillations behavior, especially the way that oscillations stop, were studied and analyzed. Results showed that oscillations stop behavior is at result of two types bifurcation; Supercritical Hopf and Limit point of cycles bifurcations, which are compatible with experimental observations in neurodynamics. Plus, using proposed model, effects of light on excitability and action potential diffusion on neuron string were also studied. Another result of this study, is proposing new relation between optical stimulation and its thermal effect on neurons.