عنوان

مدل سازی فیزیکی شبکه نورون‌های بیولوژیک در حضور میدان مغناطیسی خارجی و پلاستیسیته

پ۲۹۸۹۲

per

مدل سازی فیزیکی شبکه نورون‌های بیولوژیک در حضور میدان مغناطیسی خارجی و پلاستیسیته

حسن مهرافزا

فیزیک

۱۴۰۲

۱۰۳ص.

سی دی

دکتری

فیزیک

۱۴۰۲/۰۴/۱۹

شبکه‌های عصبی طبیعی سالهاست که مورد بررسی دانشمندان حوزه علوم زیستی قرار گرفته و پژوهش‌های تجربی بسیاری در این زمینه انجام شده است. با استفاده از این تحقیقات، دانشمندان شبکه‌های عصبی مصنوعی را طراحی کرده اند که کاربردهای مهم و حیاتی در زمینه بیماری‌های آلزایمر ، ام اس و حتی صرع دارد. هدف غایی تمام این پژوهش‌ها مدل سازی شبکه عصبی است و نکته جالب توجه در این خصوص معدود بودن مطالعات نظری در این زمینه است. این مطالعات از پنج سال پیش آغاز شده و روز به روز در حال توسعه و پیشرفت است. از مدل‌های مطرح در این زمینه مدل قانون توان و مدل شبکه شیشه‌ای اسپینی است. در این دو مدل با استفاده از نتایج تجربی یک مدل فیزیکی برای بررسی حالت بحرانی شبکه نورونی مورد بررسی قرار گرفته است. هدف از پژوهش حاضر مطالعه این مدل‌ها در حالت عادی و بحرانی شبکه عصبی و سپس بررسی آثار میدان مغناطیسی بر روی یک تک نورون و شبکه ای از نورون‌ها می‌باشد. همچنین در این رساله به دنبال ساختن یک مدل فیزیکی برای شبکه ای هستیم که شرایط پلاستیسیته عصبی در آن وجود داشته باشد. در این راستا، ضمن بررسی شرایط بحرانی شبکه مذکور، رفتار آن را تحت تاثیر یک میدان مغناطیسی خارجی مورد مطالعه قرار دادیم. در پایان نیز رفتار یک یاخته عصبی را در شرایط سالم و نیز شرایطی که برخی کانال‌های سدیمی آن مسدود شده‌اند در غیاب و حضور میدان مغناطیسی برای ضرایب متفاوت از انسداد کانال‌ها بررسی نمودیم. نتایج حاصل از پژوهش نشان دهنده آن بود که مدل قانون توان و مدل شبکه شیشه‌ای اسپینی در حالت بحرانی نتایج یکسانی را به دست می‌دهند و همچنین با اعمال میدان مغناطیسی فرکانس پایین می‌توان انسداد کانال‌های یونی (در اینجا سدیمی) را تعدیل کرد.

Natural neural networks have been investigated by scientists in the field of biological sciences for many years and many experimental researches have been carried out in this field. Using this research, scientists have designed artificial neural networks that have important and vital applications in the field of Alzheimer's disease, MS and even epilepsy. The ultimate goal of all these researches is neural network modeling, and the interesting thing to note in this regard is the limited number of theoretical studies in this field. These studies started five years ago and are developing and progressing day by day. One of the prominent models in this field is the power law model and the spin glass lattice model. In these two models, using the experimental results, a physical model has been investigated to investigate the critical state of the neural network. The purpose of this research is to study these models in normal and critical state of the neural network and then investigate the effects of the magnetic field on a single neuron and a network of neurons. Also, in this treatise, we seek to build a physical model for a network in which neural plasticity conditions have been applied. In this regard, while examining the critical conditions of the mentioned network, we will study its behavior under the influence of the external magnetic field. At the end, we will examine the recovery of a neuron in healthy conditions as well as conditions where some of its sodium channels are blocked in the absence and presence of a magnetic field for different coefficients of channel blocking. The results showed that the power law model and the Spin network model obtain the same results in the critical state and also applying a low frequency magnetic field, blocking of ion channels (here sodium) can be modulated.

Physical Modeling of the Biological Neural Networks in the Presence of External Magnetic Fields and Plasticity

‏مهرافزا،

حسن

تهیه کننده

‏رضایی کرامتی،

متولی،

مهدی

حسین

استاد راهنما

استاد مشاور

‏تبریز