مدلی برای شبیه سازی پاسخ پیچیده سلول های مغزی

محققان ژاپنی برخی از پاسخ های پیچیده سلول های عصبی مغز یا نورون ها را با استفاده از یک مدل عصبی محاسباتی ساده، شبیه سازی کرده و گام بلندی در رابطه با تجزیه و تحلیل فعالیت های مغزی برداشته اند.

به گزارش سیناپرس، مغز، بدون شک مهم ترین عضو بدن انسان است. نحوه حرکت، واکنش، فکر و احساس ما را کنترل می کند و ما را قادر می سازد تا احساسات و خاطرات پیچیده ای داشته باشیم. مغز ما از حدود 86 میلیارد نورون تشکیل شده است که یک شبکه پیچیده را تشکیل می دهند. این نورون ها اطلاعات را با استفاده از سیگنال های شیمیایی و الکتریکی دریافت، پردازش و انتقال می دهند.

یادگیری چگونگی پاسخ نورون ها به سیگنال های مختلف می تواند درک شناخت و رشد را بیشتر کند و مدیریت اختلالات مغز را بهبود بخشد. اما مطالعه تجربی شبکه های عصبی یک روش پیچیده و گاهی تهاجمی است.

این در حالی است که مدل‌ های ریاضی، روشی غیر تهاجمی برای انجام وظیفه درک شبکه ‌های عصبی ارائه می‌ کنند، اما اکثر مدل ‌های فعلی یا از نظر محاسباتی بسیار فشرده هستند یا نمی ‌توانند انواع مختلف پاسخ‌ های عصبی پیچیده را به اندازه کافی شبیه‌ سازی کنند.

در یک مطالعه جدید که نتایج آن در نشریه Nonlinear Theory and Its Applications منتشر شده است، یک تیم تحقیقاتی از دانشگاه علوم توکیو، برخی از پاسخ های پیچیده نورون ها را در یک مدل عصبی محاسباتی ساده، به نام مدل نورون Izhikevich تجزیه و تحلیل کرده است.

در این روش، پاسخ یک نورون به یک ورودی سینوسی یعنی سیگنالی به شکل موج سینوسی، که به آرامی و به طور متناوب نوسان می کند، به صورت تجربی روشن شده است. به گزارش سیناپرس،این پاسخ ها می توانند تناوبی، شبه تناوبی یا بی نظم باشند.

به گفته محققان، کار قبلی روی مدل نورون Izhikevich نشان داده است که این مدل می تواند پاسخ های تناوبی نورون ها را شبیه سازی کند. در این کار، ما رفتار دینامیکی مدل فوق را در پاسخ به یک سیگنال سینوسی تحلیل کردیم و متوجه شدیم که نه تنها پاسخ‌های تناوبی، بلکه پاسخ‌های غیر تناوبی را نیز نشان می‌دهد.

به گزارش سیناپرس،تیم تحقیقاتی سپس به طور کمی تعداد فاصله های بین اسپایک ها را در مجموعه داده بررسی کرد و سپس از آن برای تمایز بین پاسخ های تناوبی و غیر تناوبی استفاده کرد.

آن ها دریافتند که نورون ‌ها به سیگنال‌ هایی که دامنه‌ های بزرگ‌ تری نسبت به مقدار آستانه معین دارند، پاسخ‌ های تناوبی می ‌دهند و سیگنال ‌های زیر این مقدار، پاسخ‌ های غیر تناوبی را القا می‌ کنند.

این یافته ها نشان می دهند که استفاده از یک مدل ساده برای شبیه ‌سازی دقیق پاسخ های عصبی، گامی مهم در مسیر این زمینه تحقیقاتی هیجان ‌انگیز است و راه را برای درک آینده اختلالات شناختی و رشدی روشن می‌ کند.

ترجمه: سنا دلفیه