Araştırma Makalesi

Fitzhugh-Nagumo nöron modelinin rotasyon dönüşüm prosedürü ve donanım doğrulaması

Cilt: 30 Sayı: 3 29 Haziran 2024
PDF İndir
TR EN

Fitzhugh-Nagumo nöron modelinin rotasyon dönüşüm prosedürü ve donanım doğrulaması

Öz

Biyolojik anlamlılığa sahip olan biyolojik nöron modelleri, canlı vücudundaki nöronların karakteristiklerini tanımlamaktadır. Bu modeller, osilatörlere benzer şekilde tanımlanabilmektedir. Osilatör yapılarının karakteristiklerini tanımlayan kararlılık kontrolü ve senkronizasyon kontrolü gibi teoremlerin pek çoğu, biyolojik nöron modellerinin incelenmesi için de kullanılabilmektedir. Son zamanlarda, doğrusal olmayan dinamik sistem uygulamalarında rotasyon dönüşüm işlemi de dikkat çeken bir konu haline gelmiştir. Rotasyon dönüşüm işlemi sonrasında; doğrusal olmayan bir sistemin dinamik çekeri, rotasyon açısının değişimi ile arzu edilen herhangi bir doğrultuya yönlendirilebilmektedir. Literatürde doğrusal olmayan dinamik sistemlerin en bilinen örneklerinden biri kaotik osilatör yapılarıdır. Kaotik osilatörlerin dinamik çekerinin rotasyon dönüşümü vasıtası ile kontrolü üzerine yapılan pek çok çalışma literatürde mevcuttur. Bununla birlikte; gerçek biyolojik sistemlerin dinamik karakteristiklerinde rotasyon değişimi gözlemlenmesine rağmen, biyolojik nöron modellerinin dinamik çekerinin rotasyon kontrolünü ele alan bir çalışmaya rastlanılmamıştır. Bu sebeple bu çalışmada, Fitzhugh-Nagumo (FHN) modelinin rotasyon dönüşüm işlemi ele alınmıştır. Rotasyonlu FHN nöron modelinin karakteristik çıktılarını elde etmek için denge noktaları hesaplanmıştır. Rotasyon dönüşüm işlemi sonrasında, FHN nöron modelinin dinamik çekerinin rotasyonundaki değişim nümerik simülasyon sonuçlarıyla gözlemlenmiştir. Son olarak hem rotasyon dönüşüm işleminin işlevselliğini desteklemek hem de biyolojiden esinlenerek geliştirilen sistemler için ihtiyaç duyulan gerçek zamanlı işaretleri elde etmek amacıyla; rotasyonlu FHN nöronu programlanabilir ve yeniden yapılandırılabilir bir eleman olan ‘Alan Programlanabilir Kapı Dizisi-(FPGA)’ ile de gerçeklenmiştir. Böylece, önerilen rotasyon dönüşüm işlemi sayesinde nöral sistemlerde herhangi bir kuplajlama tanımlamasına ihtiyaç duyulmadan sistem dinamiklerinin faz ayarlamasına müdahile edilebildiği gösterilmiştir. Bu görüşten yola çıkarak; rotasyonlu FHN nöron modeli; matematiksel olarak modellenmiş, nümerik simülasyonlarla desteklenmiş ve donanım gerçekleştirim çalışması ile de doğrulanmıştır.

Anahtar Kelimeler

Kaynakça

  1. [1] Hodgkin A, Huxley A. “A quantitative description of membrane current and its application to conduction and excitation in nerve”. The Journal of physiology, 117, 500–544, 1952.
  2. [2] Morris C, Lecar H. “Voltage oscillations in the barnacle giant muscle fiber”. Biophysical Journal, 35, 193–213, 1981.
  3. [3] Wilson HR, Cowan J.D. “Excitatory and inhibitory interactions in localized populations of model neurons”. Biophysical Journal, 12(1), 1-24, 1972.
  4. [4] FitzHugh R. Mathematical Models for Excitation and Propagation in Nerve. Editor: Schawn, H.P. Biological Engineering, 1-85, New York, USA, McGraw-Hill, 1969.
  5. [5] Hindmarsh JL, Rose RM. “A model of neural bursting using three couple first order differential equations”. Proceedings of the Royal Society of London. Series B, 221(1222), 87–102, 1984.
  6. [6] Izhikevich EM. “Simple model of spiking neurons”. IEEE Transactions on Neural Networks, 14(6), 1569-1572, 2003.
  7. [7] Korkmaz N, Öztürk İ, Kılıç R. “Multiple perspectives on the hardware implementations of biological neuron models and programmable design aspects”. Turkish Journal of Electrical Engineering and Computer Sciences, 24(3), 1729-1746, 2016.
  8. [8] Ciszak M, Euzzor S, Geltrude, Arecchi FT, Meucci R. “Noise and coupling induced synchronization in a network of chaotic neurons”. Communications in Nonlinear Science and Numerical Simulation, 18(4), 938-945, 2013.

Ayrıntılar

Birincil Dil

Türkçe

Konular

Elektrik Mühendisliği (Diğer)

Bölüm

Araştırma Makalesi

Yazarlar

Yayımlanma Tarihi

29 Haziran 2024

Gönderilme Tarihi

13 Ocak 2023

Kabul Tarihi

12 Haziran 2023

Yayımlandığı Sayı

Yıl 2024 Cilt: 30 Sayı: 3

Kaynak Göster

APA
Korkmaz, N. (2024). Fitzhugh-Nagumo nöron modelinin rotasyon dönüşüm prosedürü ve donanım doğrulaması. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 30(3), 316-323. https://izlik.org/JA69ZC77PE
AMA
1.Korkmaz N. Fitzhugh-Nagumo nöron modelinin rotasyon dönüşüm prosedürü ve donanım doğrulaması. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi. 2024;30(3):316-323. https://izlik.org/JA69ZC77PE
Chicago
Korkmaz, Nimet. 2024. “Fitzhugh-Nagumo nöron modelinin rotasyon dönüşüm prosedürü ve donanım doğrulaması”. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi 30 (3): 316-23. https://izlik.org/JA69ZC77PE.
EndNote
Korkmaz N (01 Haziran 2024) Fitzhugh-Nagumo nöron modelinin rotasyon dönüşüm prosedürü ve donanım doğrulaması. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi 30 3 316–323.
IEEE
[1]N. Korkmaz, “Fitzhugh-Nagumo nöron modelinin rotasyon dönüşüm prosedürü ve donanım doğrulaması”, Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, c. 30, sy 3, ss. 316–323, Haz. 2024, [çevrimiçi]. Erişim adresi: https://izlik.org/JA69ZC77PE
ISNAD
Korkmaz, Nimet. “Fitzhugh-Nagumo nöron modelinin rotasyon dönüşüm prosedürü ve donanım doğrulaması”. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi 30/3 (01 Haziran 2024): 316-323. https://izlik.org/JA69ZC77PE.
JAMA
1.Korkmaz N. Fitzhugh-Nagumo nöron modelinin rotasyon dönüşüm prosedürü ve donanım doğrulaması. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi. 2024;30:316–323.
MLA
Korkmaz, Nimet. “Fitzhugh-Nagumo nöron modelinin rotasyon dönüşüm prosedürü ve donanım doğrulaması”. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, c. 30, sy 3, Haziran 2024, ss. 316-23, https://izlik.org/JA69ZC77PE.
Vancouver
1.Nimet Korkmaz. Fitzhugh-Nagumo nöron modelinin rotasyon dönüşüm prosedürü ve donanım doğrulaması. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi [Internet]. 01 Haziran 2024;30(3):316-23. Erişim adresi: https://izlik.org/JA69ZC77PE