28069

مدل‌سازي نوسانات زير آستانه پايدار در نورون‌هاي قشري-تالاموسي

كارشناسي ارشد

مهندسي پزشكي

1397

1401/10/5

دكتر سبزپوشان

برق

تالاموس، ساختاري متقارن در مغز مي‌باشد كه بين قشر مغز و مغز مياني قرار دارد. كلمهي تالاموس برگرفته از كلمه‌ي يوناني «اتاق داخلي» است؛ زيرا عملكرد آن رله كردن سيگنال‌هاي حسي و حركتي به قشر مغز و تنظيم نمودن هشياري، خواب و گوش بزنگ بودن است. اهميت نوسانات نورون‌هاي قشري - تالاموسي (TC)، از آنجا ناشي مي‌شود كه به وضعيت هوشياري يا ناخودآگاه بودن مغز مرتبط مي‌گردد. امواج گاماي خالص نماينده خوبي براي نوسانات نورون‌هاي قشري-تالاموسي مي‌باشد؛ به‌گونه‌اي كه در حين تفكر فعال و خودآگاهانه، الكتروانسفالوگرافي رد شديدي از نوسانات دامنه گاما كه حدود 20 تا 50 هرتز مي‌باشند را نشان مي‌دهد [1]. نورونهاي تالاموكورتيكال، از نظر اندازه بسيار متفاوت اند. اندازه‌ي آنها معمولا به عمقي كه در قشر قرار گرفته‌اند، بستگي دارد. مشكل اساسي در مدل‌سازي نورون‌هاي TC، در دسترس نبودن آنها به‌دليل قرار گرفتن در تقريبا اعماق مغز مي‌باشد. به‌علاوه، اتصالات زياد و پيچيده آنها با شبكه‌هاي عصبي، اندازه‌گيري پارامترهاي الكتروفيزيولوژيكي نورون‌هاي TC را با چالش روبرو ساخته است. با وجود دشواري اندازه‌گيريهاي تجربي، پتانسيل عمل برعكس و نوسانات زير آستانه، از ويژگي‌هاي شناخته شدهي اين نورون‌ها مي‌باشد. در روش پيشنهادي در اين تحقيق، به نوعي، از مهندسي معكوس استفاده كردهايم. نخست از يك مدل الكتروفيزيولوژيك ساده شروع مي‌كنيم؛ جايي كه رفتارهاي اساسي و معمولي نورون را شبيه‌سازي نموده و ساختاري سازگار با الكتروفيزولوژي نوروني داشته باشد. آنگاه با اعمال عمليات رياضي شيفت و انعكاس بر روي خطوط صفر آن، خطوط صفر را به‌گونه‌اي تصحيح مي‌كنيم كه بتواند خواص ديناميكي نورون‌هاي TC را نمايندگي كند. سپس خطوط صفر به‌دست آمده را به سيستم ديناميكياي با ساختاري سازگار با الكتروفيزيولوژي نورون‌هاي TC تبديل مينماييم، سيستم ديناميكي به‌دست آمده مدل نورون TC خواهد بود. ارزشيابي مدل با اندازه‌گيري كمي رفتارهاي خواسته شده و مقايسهي آن با گزارشهاي تجربي موجود در متون الكتروفيريولوژيك و توجه به ويژگي¬هاي نورون¬هاي TC انجام مي‌گيرد. همچنين با مقايسهي مقادير پارامترهاي به‌دست آمده از مدل با محدوده‌هاي گزارش شده خواهيم ديد كه روش پيشنهادي تا چه حد مي‌تواند مشكلات اندازه‌گيري تجربي پارامترها را حل كرده و به پيش بيني مقادير احتمالي آنها كمك نمايد.

1402/01/13

Modeling oscillations below stable threshold in cortical-thalamus neurons

12/26/2023 12:00:00 AM

The thalamocortical (TC) loop has been the subject of many electrophysiological studies because of its central role in awareness and sleep, as well as in a number of neurological disorders. In particular, the ionic currents of its constituent neurons have been investigated extensively to determine their contribution to different electrophysiological behaviors. In this study begin with a general and common two state variables neuron model, and then with some mathematical transforms; shift and scaling on it, we modify it to a TC model. Results show that the performance of the model is satisfactory and it can simulate the main behaviors of TCs; sustained subthreshold oscillations as well as inverse spiks of action potentials.

ديناميك نوروني، پتانسيل عمل، نوسانات زير آستانه، مدل‌سازي رياضي، نورون‌هاي قشري تالاموسي.

Subthreshold oscillations, Neuronal dynamics, Action potential , mathematical modeling, Thalamic cortical neurons

tanaz abbasi

dr sabzpoushan