بررسی هم آوایی در شبکه نورونی مغز؛ استفاده از نتایج در علوم اعصاب - بازی های فکری

به گزارش خبرگزاری خبرنگاران به نقل از روابط عمومی دانشگاه صنعتی امیرکبیر، خانم شیرین پناهی دانش آموخته دانشگاه صنعتی امیرکبیر و مجری طرح هم آوایی در شبکه نورونی آشوبی با کوپلینگ چند گانه گفت: دستگاه عصبی مرکزی انسان و توانایی های آن همواره موجب شگفتی محققان بوده است.

وی افزود: بسکمک از محققین تمام مدت زندگی خود را وقف مطالعه در خصوص این عضو شگفت انگیز و توانایی های آن کرده اند. یکی از زمینه های تحقیقاتی مهم در مهندسی پزشکی علوم اعصاب محاسباتی است که با استفاده از مدل های محاسباتی با تکیه بر مبانی فیزیولوژی، به توصیفی واقع گرایانه از عملکرد مغز به عنوان شبکه ای پیچیده می پردازد.

خانم پناهی خاطر نشان کرد: جذابیت پیشرفت فرآیند های نظری در این حوزه ازآن جهت است که تلاش بر ارائه الگو های عملکرد مغز و شناخت هر چه بیشتر آن دارد. به کمک علوم اعصاب محاسباتی، فرصتی برای تحلیل مکانیزم هایی که هنوز اعتبارسنجی تجربی آن ها ممکن نیست، به وجود می¬آید.

وی افزود: انواع رفتار جمعی نورون ها با برخی از عملکرد های مغزی و یا برخی اختلالات عصبی در ارتباط است به همین دلیل در این تحقیق بر روی این رفتار های جمعی، تمرکز کرده ایم و مکانیزم های تحلیل آن ها و ابزار های کمی سازی تغییرات کیفی کار را مورد بررسی قرار دادیم.

محقق دانشگاه صنعتی امیر کبیر گفت: یکی از فرضیه های مهم پذیرفته شده، این است که هم آوایی یکی از علت های احتمالی مکانیسم های ارتباطی در سیستم عصبی است. به طوری که این پدیده مسئول عملکرد و یا اختلال در پردازش های حرکتی، شناختی و حافظه در انسان شناخته می شود.

وی ادامه داد: مطالعه پدیده هم آوایی علاوه بر علوم اعصاب در بسکمک از زمینه های علمی و فناوری کاربرد های متنوعی دارد؛ بنابراین شناخت و بررسی هر چه بهتر این پدیده می تواند راهنمای مناسبی برای یافتن اصول سازمان دهی شبکه های پیچیده در دنیای واقعی (مانند مغز) و یا طراحی شبکه های مصنوعی با بازده بالا باشد.

وی با اشاره فرایند انجام کار گفت: در این پروژه، موضوع گسترده هم آوایی در شبکه های پویای زیستی، بخصوص شبکه های نورونی، در دو گام اصلی مورد بررسی قرارگرفته است در ابتدا هم آوایی در شبکه های متشکل از مدل های محاسباتی نورونی و نوسانگر های متعامل آشوبی را مورد بررسی قرار دادیم و سپس هم آوایی در شبکه های ناهمسان توسط تجزیه وتحلیل همگرایی در ویژگی های فرکانس، زاویه و دامنه سری زمانی سیگنال عصبی را ارزیابی کردیم.

وی با بیان اینکه در این پروژه روشی ساده و جدید برای محاسبه MSF با کاهش پیچیدگی محاسباتی ارائه شد، بیان نمود: همچنین طی این فرایند به بررسی میزان تمایل به هم آوایی در این شبکه ها پرداختیم.

خانم پناهی با اشاره به نتیجه این تحقیقات گفت: هم آوایی در شبکه های همسان تحت تأثیر سه عامل دینامیک هر سیستم به صورت تکی، معماری کلی یا ساختار شبکه و همچنین نوع و قدرت ضریب کوپلینگ شبکه است. معماری کلی یا ساختار شبکه، یکی از عوامل تأثیرگذار بر هم آوایی در شبکه های پیچیده شناخته می شود.

وی افزود: در این طرح، نتایج بخش دیگری نشان داد که افزایش ضریب کوپلینگ شیمیایی و هم ضریب کوپلینگ میدان باعث افزایش قابلیت هم آوایی شبکه می شود، اما محدودیتی در افزایش ضریب کوپلینگ شیمیایی و میدان و جود دارد. زیرا شبکه علاوه بر بروز رفتار هم آوایی قابلیت بروز رفتار مرگ اسیلاتوری نیز دارد. به طوری که اگر ضریب کوپلینگ شیمیایی و یا میدان بیشتر از مقدار آستانه افزایش یابند، شبکه کارکرد خود را ازدست داده و دچار مرگ اسیلاتوری می شود.

وی ادامه داد: در رویکرد دوم هم آوایی در شبکه های نورونی، به بررسی هم آوایی در شبکه های ناهمسان توسط تجزیه وتحلیل همگرایی در ویژگی های فرکانس، زاویه و دامنه سری زمانی سیگنال عصبی را مورد بررسی قرار دادیم و در گام دیگر به مرور روش های مرسوم در حوزه سنجش هم آوایی در شبکه های ناهمسان نورونی پرداختیم.

خانم پناهی گفت: با بررسی علل ناکارآمدی روش های مرسوم در سنجش هم آوایی سیستم های پیچیده زیستی، روشی جدید با تکیه بر الگوی رفتاری نوسانگر های شبکه ارائه کردیم که بررسی نتایج حاصل از این بخش نیز مشخص کرد، روش پیشنهادی هم آوایی رفتاری، بهتر از دو روش دیگر قادر به تشخیص هم آوایی در شبکه ناهمسان زیستی است.

وی ادامه داد: همچنین در این بخش اثر سازگاری ساختاری نوسانگر های مختلف شبکه ناهمسان بر هم آوایی موردبررسی قرار گرفت.

به گفته وی، نبود پردازنده های قوی برای برنامه نویسی واجرا شبیه سازی های این پروژه جهت پژوهش را با سختی های بسکمک همراه کرده بود از پیچیدگی های این طرح بودند.

وی در خصوص نتایج این طرح گفت: کاربرد نتایج این تحقیق و روش ارائه شده در زمینه دانش علوم اعصاب و علوم محاسباتی است. بطور کلی، مطالعه پدیده هم آوایی علاوه بر علوم اعصاب در زمینه های پزشکی نیز میتواند کاربردی باشد.

گفتنی است، استاد راهنمای این طرح آقای دکتر سجاد جعفری عضو هیأت علمی دانشگاه صنعتی امیرکبیر بوده است.