Matlab Based Electrical Circuit Simulation Of Hodgkin-Huxley Neuron Model
[ X ]
Tarih
2020
Dergi Başlığı
Dergi ISSN
Cilt Başlığı
Yayıncı
Kırıkkale Üniversitesi
Erişim Hakkı
info:eu-repo/semantics/openAccess
Özet
Various neuron models have been developed to understand the working principles of nerve cells and their physiological properties and behavior, some of such models are Hodgkin-Huxley (HH), FitzHugh-Nagumo, Morris-Lecar, Hindmarsh-Rose, Izhikevich, Integrate and Fire and Adaptive Exponential Integrate-Fire models. Especially in recent years, research studies on neuron structure, behavior and inter-neuronal phenomenas have become an important research area. HH neuron model has been simulated a number of times by numerical methods in order to better understand the physiology and behavior of the neurons. However, when the literature is looked at, it could easily be observed that the electrical equivalent circuit of the HH neuron model had not been simulated. In this paper, equivalent circuit of HH neuron model is simulated using the range of parameter values of numerical simulation methods, via MATLAB / Simulink and electronic circuit elements such as resistor, capacitor and voltage sources. And it is observed that the expected all stages of the action potential were not formed. But, it has been shown that resting, depolarization and repolarization phases of the action potential were obtained provided that the excitation current applied to the circuit and the change of capacitor values of the circuit but the hyperpolarization state was not fully formed. Therefore, it has been verified that the expected membrane voltages generated by electrical equivalent circuits are directly related to the excitation currents and capacitive values of variable capacitance.
Sinir hücrelerinin çalışmasını anlamak, fizyolojik özelliklerini ve davranışlarını incelemek için geliştirilen Hodgkin-Huxley, FitzHugh-Nagumo, Morris-Lecar, Hindmarsh-Rose, Izhikevich, Integrate and Fire ve Adaptive Exponential Integrate-Fire gibi birçok modelleme mevcuttur. Bu nedenle özellikle son yıllarda nöron yapısı, davranışı ve nöronlar arası fenomenler üzerine yapılan çalışmalar önemli bir alan haline gelmiştir. Nöron fizyolojisinin ve davranışlarının daha iyi anlaşılması için Hodgkin-Huxley (HH) nöron modeli, nümerik metotlar ile birçok kez simüle edilmiştir. Fakat literatür incelendiğinde Hodgkin-Huxley nöron modelinin elektriksel eş devresinin simüle edilmediği görülmüştür. Bu çalışmada, Hodgkin-Huxley nöron modeli eşdeğer devresi temel alınmış ve MATLAB/Simulink ortamında temel elektronik devre elemanları kullanılarak, nümerik metot benzetimlerinde kullanılan parametre değer aralıkları ile simüle edilmiş ve aksiyon potansiyelinin sadece dinlenme aşamasının oluştuğu diğer aşamaların oluşmadığı gözlemlenmiştir. Ancak devreye uygulanan uyarı akımı ve devrenin kapasite parametreleri değiştirildiğinde aksiyon potansiyelinin dinlenme, depolarizasyon ve repolarizasyon aşamalarının oluştuğu fakat hiperpolarizasyon durumunun tam olarak oluşmadığı gözlemlenmiştir. Böylece, nöron elektriksel eş devresinin oluşturduğu membran geriliminin, uyarı akımlarıyla ve kapasitans değerleriyle doğrudan ilişkili olduğu anlaşılmıştır.
Sinir hücrelerinin çalışmasını anlamak, fizyolojik özelliklerini ve davranışlarını incelemek için geliştirilen Hodgkin-Huxley, FitzHugh-Nagumo, Morris-Lecar, Hindmarsh-Rose, Izhikevich, Integrate and Fire ve Adaptive Exponential Integrate-Fire gibi birçok modelleme mevcuttur. Bu nedenle özellikle son yıllarda nöron yapısı, davranışı ve nöronlar arası fenomenler üzerine yapılan çalışmalar önemli bir alan haline gelmiştir. Nöron fizyolojisinin ve davranışlarının daha iyi anlaşılması için Hodgkin-Huxley (HH) nöron modeli, nümerik metotlar ile birçok kez simüle edilmiştir. Fakat literatür incelendiğinde Hodgkin-Huxley nöron modelinin elektriksel eş devresinin simüle edilmediği görülmüştür. Bu çalışmada, Hodgkin-Huxley nöron modeli eşdeğer devresi temel alınmış ve MATLAB/Simulink ortamında temel elektronik devre elemanları kullanılarak, nümerik metot benzetimlerinde kullanılan parametre değer aralıkları ile simüle edilmiş ve aksiyon potansiyelinin sadece dinlenme aşamasının oluştuğu diğer aşamaların oluşmadığı gözlemlenmiştir. Ancak devreye uygulanan uyarı akımı ve devrenin kapasite parametreleri değiştirildiğinde aksiyon potansiyelinin dinlenme, depolarizasyon ve repolarizasyon aşamalarının oluştuğu fakat hiperpolarizasyon durumunun tam olarak oluşmadığı gözlemlenmiştir. Böylece, nöron elektriksel eş devresinin oluşturduğu membran geriliminin, uyarı akımlarıyla ve kapasitans değerleriyle doğrudan ilişkili olduğu anlaşılmıştır.
Açıklama
Anahtar Kelimeler
Hodgkin-Huxley Model, Neuron Models, Action Potential, Nerve cell, Hodgkin-Huxley Modeli, Nöron Modelleri, Aksiyon Potansiyeli, Sinir Hücresi, Engineering
Kaynak
Uluslararası Mühendislik Araştırma ve Geliştirme Dergisi
WoS Q Değeri
Scopus Q Değeri
Cilt
1
Sayı
2-711
