TR
EN
Fraksiyonel dereceli FitzHugh-Nagumo nöron modelinin devre sentezi için alternatif bir yaklaşım
Öz
Bu çalışmada FitzHugh-Nagumo (FHN) nöron modelinin fraksiyonel versiyonu üzerinde durulmuştur. Öncelikle fraksiyonel dereceli FHN nöron modelinin kararlılık analizleri yapılarak, sistemin dinamik davranış sergileyebileceği minimum fraksiyonel derece belirlenmiştir. Ardından fraksiyonel derece ile temsil edilen sistemlerin nümerik analizlerinde kullanılan yöntemlerden biri olan Grünwald-Letnikov (G-L) fraksiyonel türev yöntemi ile fraksiyonel dereceli FHN nöron modelinin yanıtları elde edilmiştir.Nöron modellerinin donanımsal çözümleri sayesinde matematiksel olarak tanımlanan sistemlerin yanıtları gerçek zamanlı işaretler şeklinde elde edilebilir; nöronların hücre zarı özellikleri elektromekanik olarak tanımlanabilir ve nöronların dinamik davranışlarını etkileyen parametreler, donanım çözümlerinde kullanılan elektronik elemanların karakteristikleri ile ilişkilendirilebilir. Biyolojiden esinlenilerek geliştirilen sistemlerde fraksiyonel dereceli hesaplamaların kullanılabilirliğinin görülmesi amacıyla, bu çalışmada fraksiyonel dereceli FHN nöron modelinin devre gerçekleştirimi üzerinde durulmuştur. Bu kapsamda, diferansiyel denklemlerin donanım çözümlerinde op-amp, direnç ve kapasitör elemanları kullanılarak tasarlanan integratör devrelerinde; fraksiyonel derecenin karşılanması için klasik kapasitör elemanları yerine R-C taklit devreleri kullanılmıştır. R-C taklit devrelerinin tasarımının ilk aşamasında Matsuda yaklaşıklık metodu ile üçüncü dereceden bir transfer fonksiyonu elde edilmiştir. Elde edilen bu transfer fonksiyonu, FOSTER-I R-C ağına dönüştürülerek tamsayı dereceli FHN nöron modelinin devre gerçekleştirim çözümü için tarafımızca tasarlanan devredeki integratör bloklarında, klasik kapasitör elemanı yerine kullanılmıştır. Böylece fraksiyonel dereceli FHN nöron modelinin devre çözümü için alternatif bir yaklaşım ortaya konmuştur ve bu yapının doğrulaması SPICE devre simülasyonu ile yapılmıştır.
Anahtar Kelimeler
Kaynakça
- [1] Hodgkin AL, Huxley A F. “A quantitative description of membrane current and its application to conduction and excitation in nerve”. The Journal of Physiology, 117(4), 500-544, 1952.
- [2] Özer M. “İyonik kanal aktivasyon ve inaktivasyon kapılarının dinamik davranışı için alternatif denklemler”. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 9(3), 349-356, 2003.
- [3] FitzHugh R. Mathematical Models for Excitation and Propagation in Nerve. Editor: Schawn HP. Biological Engineering, 1-85, New York, USA, McGraw-Hill, 1969.
- [4] Azar AT, Radwan AG, Vaidyanathan S. Fractional Order Systems, 1st ed. San Diego, USA, Elsevier, Academic Press, 2018.
- [5] Podlubny I. "Fractional-order systems and PIλDαcontrollers". IEEE Transactions on Automatic Control, 44(1), 208-214, 1999.
- [6] Freeborn TJ. “A survey of fractional-order circuit models for biology and biomedicine”. IEEE Journal on Emerging and Selected Topics in Circuits and Systems, 3(3), 416-424, 2013.
- [7] Sacu IE, Alci M. “Low-power OTA-C based tuneable fractional order filters”. Journal of Microelectronics, Electronic Components and Materials, 48(3), 135-144, 2018.
- [8] Podlubny I. Fractional Differential Equations: An Introduction to Fractional Derivatives, Fractional Differential Equations, to Methods of Their Solution and Some of Their Applications. 1st ed. California, USA, Elsevier, Academic Press, 1998.
Ayrıntılar
Birincil Dil
Türkçe
Konular
Mühendislik
Bölüm
Araştırma Makalesi
Yayımlanma Tarihi
30 Nisan 2022
Gönderilme Tarihi
19 Mart 2021
Kabul Tarihi
21 Eylül 2021
Yayımlandığı Sayı
Yıl 2022 Cilt: 28 Sayı: 2
APA
Korkmaz, N., & Saçu, İ. E. (2022). Fraksiyonel dereceli FitzHugh-Nagumo nöron modelinin devre sentezi için alternatif bir yaklaşım. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 28(2), 248-254. https://izlik.org/JA44ZP98CB
AMA
1.Korkmaz N, Saçu İE. Fraksiyonel dereceli FitzHugh-Nagumo nöron modelinin devre sentezi için alternatif bir yaklaşım. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi. 2022;28(2):248-254. https://izlik.org/JA44ZP98CB
Chicago
Korkmaz, Nimet, ve İbrahim Ethem Saçu. 2022. “Fraksiyonel dereceli FitzHugh-Nagumo nöron modelinin devre sentezi için alternatif bir yaklaşım”. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi 28 (2): 248-54. https://izlik.org/JA44ZP98CB.
EndNote
Korkmaz N, Saçu İE (01 Nisan 2022) Fraksiyonel dereceli FitzHugh-Nagumo nöron modelinin devre sentezi için alternatif bir yaklaşım. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi 28 2 248–254.
IEEE
[1]N. Korkmaz ve İ. E. Saçu, “Fraksiyonel dereceli FitzHugh-Nagumo nöron modelinin devre sentezi için alternatif bir yaklaşım”, Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, c. 28, sy 2, ss. 248–254, Nis. 2022, [çevrimiçi]. Erişim adresi: https://izlik.org/JA44ZP98CB
ISNAD
Korkmaz, Nimet - Saçu, İbrahim Ethem. “Fraksiyonel dereceli FitzHugh-Nagumo nöron modelinin devre sentezi için alternatif bir yaklaşım”. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi 28/2 (01 Nisan 2022): 248-254. https://izlik.org/JA44ZP98CB.
JAMA
1.Korkmaz N, Saçu İE. Fraksiyonel dereceli FitzHugh-Nagumo nöron modelinin devre sentezi için alternatif bir yaklaşım. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi. 2022;28:248–254.
MLA
Korkmaz, Nimet, ve İbrahim Ethem Saçu. “Fraksiyonel dereceli FitzHugh-Nagumo nöron modelinin devre sentezi için alternatif bir yaklaşım”. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, c. 28, sy 2, Nisan 2022, ss. 248-54, https://izlik.org/JA44ZP98CB.
Vancouver
1.Nimet Korkmaz, İbrahim Ethem Saçu. Fraksiyonel dereceli FitzHugh-Nagumo nöron modelinin devre sentezi için alternatif bir yaklaşım. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi [Internet]. 01 Nisan 2022;28(2):248-54. Erişim adresi: https://izlik.org/JA44ZP98CB