شبیه سازی مدل نورون بیولوژیکی برای محاسبات نوروبیولوژی مغز در متلب

شبیه سازی مدل نورون بیولوژیکی مغز در MATLAB

در این بخش پروژه شبیه سازی مدل نورون بیولوژیکی (Integrate and Fire) برای محاسبات نوروبیولوژی مغز در نرم افزار MATLAB به همراه کامنت گذاری کدها آماده کرده ایم که بر اساس تمرین سوم از فصل پنجم کتاب علوم اعصاب نظری: محاسباتی و مدلسازی ریاضی سیستم های عصبی (Theoretical Neuroscience: Computational and Mathematical Modeling of Neural Systems) نوشته پیتر دیان انجام شده است. در ادامه به توضیحاتی از مطالعه رفتار‌ مغز، شبیه سازی رفتار مغز با مدل نورونی ادغام و آتش پرداخته و فیلم و تصاویر خروجی این پروژه مهندسی پزشکی در محیط متلب به همراه لینک دانلود کتاب شبکه عصبی پیتر دیان همراه با صورت مسئله تمرین سوم از فصل پنج قرار داده شده است.

مطالعه رفتار‌ مغز

در طی سال ‌های اخیر، مطالعه‌ مغز و چگونگی رفتار آن با هدف کاربردی به موضوع تحقیقاتی روز دنیا تبدیل شده است. از جمله کاربردهای مطالعه‌ مغز می ‌توان به پیدا کردن روش ها و راه‌ حل ‌های جدید به منظور درمان بیماری ‌های مرتبط با مغز، طراحی بهینه ربات‌ ها و همچنین مطالعه‌ و بررسی چگونگی رفتار شبکه ‌های عصبی (Neural Networks) اشاره نمود.

شبیه سازی رفتار مغز

به منظور درک چگونگی رفتار مغز، شبیه‌ سازی و پیاده ‌سازی سیستم های مصنوعی که عملکردی مشابه مغز دارند، یک نیاز ضروری و مهم می باشد. مثل هر سیستم پیچیده‌ دیگر، مغز انسان نیز از تعداد بسیاری بلوک اولیه به نام نورون تشکیل شده که به صورت متراکم به یکدیگر متصل بوده و ارتباط برقرا می کنند. از این رو فهم عمیق رفتار نورون ها نقش بسیار مهمی در مطالعات مربوط به مغز دارد. در نتیجه پیاده ‌سازی شبکه ‌های عصبی نورونی، به ویژه شبکه‌ های عصبی بزرگ مقیاس با دقت بالا، از نظر محاسباتی یک کار پر هزینه می باشد.

شبیه سازی شبکه عصبی با مدل Integrate and Fire

برای شبیه سازی شبکه های پیچیده عصبی (Neural Networks)، استفاده از محیط محاسباتی قدرتمند مثل نرم افزار متلب به منظور کاهش پیچیدگی از اهمیت ویژه ای برخوردار است. تا به حال مدل های نورونی مختلفی برای شبیه سازی های بیولوژیکی بخش های مختلف مغز ارایه شده که از جمله آنها می توان به مدل ادغام و آتش  (Integrate and Fire)، مدل هاجکین و هاکسلی (Hodgkin–Huxley model)، مدل فیتزهاگ ناگومو (FitzHugh–Nagumo model) اشاره کرد که از بین آنها مدل نورونی ادغام و آتش (Integrate and Fire) یکی از بهترین مدل ها به جهت سادگی محاسبات و نزدیک بودن به شرایط بیولوژیکی انسان است. مدل ادغام و آتش، نسخه ساده شده از مدل هاجکین و هاکسلی می باشد که با یک معادله و یک فرض توصیف می شود. برخلاف مدل هاجکین و هاکسلی، معادله ادغام و آتش به طور خودکار پتانسیل عمل تولید نمی کند. در شبیه سازی پیش رو نیز از مدل نورونی ادغام و آتش (Integrate and Fire) جهت محاسبات نوروبیولوژی (Neurobiology Computation) استفاده شده است.

---

---

تصاویری از خروجی