Skip to main content
SUPERVISOR
Keivan Aghababaei samani,Farhad Shahbazi
کیوان آقابابائی سامانی (استاد مشاور) فرهاد شهبازی دستجرده (استاد راهنما)
 
STUDENT
Sara Ghassami
سارا قسامی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده فیزیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1389

TITLE

Collective Firing Induced by Noise in an Excitable Media in Small-World and Random Network
Synchrony is significant in brain neural network. Changes in synchrony can lead to cognitive dysfunctions in neural system. Synchronization is defined as an adjustment of rhythms of oscillating objects due to their weak interaction. An example of these phenamenon is the oscillating of fireflies, observation of firing in human neural network and synchrony in a collection of clocks. There are three complex networks and these are called regular, small-world and random networks. Small-world is one of the complex networks which is created by rewiring of the edges of a regular network with probability P and it is used to model neural. If the nodes of a network are selected randomly, we can get a small-world one. Two characteristics of small-world networks is short path length and large clustering coefficient. The degree distribution of the complex network is determined according to the type of the network and how it is constructed. Brain pathological state depend on the number of nodes. Deleting any node in alzheimer dieases is associated with increased path length or reduced global efficiency. There is a direct connection between cognitive dysfunction and changes in neural synchrony. In this situation $ ho$ which is called an order parameter, is decreased. Various methods are used to model brain with graghs. First approach is functional connectivity in which EEG, MEG and fMRI are used to connect edges and second one is structural connectivity. For example anatomical tract tracing of a brain is a usefull tool to map structural connectivity. The first approach lead to the undirected gragh and used to model a network. The model in which we apply to compute some statistical parameters is called Kuramoto and is defined as a coupled dynamical phase oscillators. To compute the phase of the oscillators, an Ewler method is usefull. Noise is a signal that varies as a function of time, the value of which at any time is drawn randomly from some distribution. Guassian white noise can increases neural firing rate and is effective in a production of a neural firing pulses. The correlation of the noise is a delta function. By calculating kuramoto order parameter and current, we can see collective firing induced by noise. Three dynamical regimes arise. no firing, in which all of elements confined near the fixed point, the second regime is a synchronized firing or coherent pulsation, where a macroscopic fraction fire simultanously, the third one is desynchronized firing or incoherent pulsation. By calculating an order parameter, we see that this parameter has a value less than one which means that this parameter depend on an initial condition and a complete synchronization is observed with fixed initial condition. Keywords: Synchronization, Firing, Noise, Excitable Media, Oscillatory
با توجه به اهمیت هم‌گامی نورون‌ها در مغز و ارتباط تغییرات آن‌ با ایجاد اختلالاتی در سیستم عصبی انسان، هم‌گام‌سازی به صورت تنظیم آهنگ نوسانی دو دستگاه در حال نوسان به دلیل برهم‌کنش بین آن‌ها تعریف می‌شود. هم‌گام‌سازی در پدیده های مختلفی مشاهده شده است از جمله‌ی این پدیده‌ها می‌توان به نوسان کرم‌های شب‌تاب، تحریک نورون‌ها در اثر وارد شدن نور به چشم انسان و هم‌گامی در مجموعه‌ای از ساعت‌ها اشاره کرد. شبکه‌ها انواع مختلف دارند. شبکه‌ی جهان‌کوچک، شبکه‌ی پیجیده‌ای است که از جابه‌جایی یال‌های شبکه‌ی منظم در صورتی که راس‌ها را به صورت تصادفی انتخاب کنیم با احتمال مشخصی بدست می‌آید و می‌تواند برای مدل‌سازی شبکه‌ی پیجیده‌ی مغز مورد استفاده قرار بگیرد. شبکه‌ی جهان‌کوچک دارای دو ویژگی کمترین طول مسیر و بزرگ‌ترین ضریب خوشگی می‌باشد. با مدل کردن شبکه‌ی پیجیده‌ی مغز با شبکه‌ی جهان‌کوچک به مطالعه‌ی بعضی پارامترهای آماری مفید می‌پردازیم. توزیع‌ها در شبکه‌های پیچیده متفاوت‌اند. با توجه به نوع توزیع می‌توان شبکه‌ی پیچیده را تعریف کرد. پاتولوژی مغز به میزان زیادی به تعداد رئوس وابسته است. با حذف هر راس طول مسیر در شبکه‌ی مغز افزایش می‌یابد و منجر به ایجاد بیماری می‌شود. برای مثال در بیماری آلزایمر طول مسیر در مغز افزایش می‌یابد. ارتباط مستقیمی بین اختلال عملکرد شناختی و تغییر در هم‌گامی نورون‌ها وجود دارد. روش‌های مختلفی برای مدل‌کردن مغز با گراف‌ها وجود دارد. یکی از این روش‌ها استفاده از رهیافت ارتباط عملکردی یا استفاده از داده‌های الکتروانسفالوگرافی و مگنتوانسفالوگرافی و تصویربرداری به روش تشدید مغناطیسی و رهیافت دوم ارتباط ساختاری یا استفاده از رد مسیرهای آناتومی در مغز می‌باشد. رهیافت اول منجر به ایجاد گراف غیر جهت‌دار می‌شود که به عنوان شبکه برای مدل ما که کوراموتو نام دارد، مورد استفاده قرار می‌گیرد. مدل کوراموتو دینامیک نوسانگرهای فاز را در سیستمی از نوسانگرهای جفت شده نشان می‌دهد. برای محاسبه‌ی فاز از دو روش اویلر و رانگ کوتا می‌توان بهره گرفت که در اینجا از روش اویلر به منظور محاسبه‌ی فاز هر نوسانگر استفاده ‌می‌کنیم. نوفه به صورت سیگنالی که به طور تصادفی با زمان تغییر می‌کند، تعریف می‌شود. نوفه‌ی سفید گاوسی می‌تواند سرعت تحریک نورون‌ها را افزایش دهد. نوفه این قابلیت را دارد که پتانسیل نورون را از حالت ایستا به آستانه برده و این حالت باعث تولید پالس عصبی می شود. هم‌بستگی نوفه در دو لحظه‌ی متفاوت با تابع دلتا داده می‌شود. با محاسبه‌ی پارامتر نظم با اثر نوفه، هم‌گامی کامل در سیستمی از نوسانگرهای فاز دیده شد. پارامتر نظم بین دو مقدار صفر و یک تغییر می‌کند و سیستمی از نوسانگرهای فاز به شرط اولیه حساس است. با محاسبه‌ی جریان نوسانگرها این پارامتر افزایش می‌یابد تا به مقدار ثابتی میل می‌کند و با محاسبه‌ی پارامتر تحریک به وجود تحریک در مغز پی می‌بریم که به صورت دو ناحیه بروز می‌کند. ناحیه‌ی اول شامل پالس‌های همدوس یا تحریک هم‌گام است که در آن نوسانگرهای یک بخش به طور کاملا هم‌گام نوسان انجام می‌دهند و ناحیه‌ی دوم تحریک نا‌هم‌گام یا پالس‌های ناهمدوس را شامل می‌شود که در آن نوسانگرهای بخش‌های مختلف به صورت نامنظم نوسان انجام می‌دهند. کلمات کلیدی: هم‌گام‌سازی، تحریک، نوفه، حالت برانگیخته، نوسان

ارتقاء امنیت وب با وف بومی