Mathematical modeling of gate control theory
Geçit kontrol kuramının matematiksel modellenmesi
- Tez No: 268423
- Danışmanlar: PROF. DR. CANAN ÖZGEN, PROF. DR. NUHAN PURALI
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Biyofizik, Biophysics
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2009
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Bölümü
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 131
Özet
Bu tez çalışmasının amacı, ağrı sinyallerinin modülasyonunu açıklayan geçit kontrol kuramının, ağrı tedavilerinde, tedavinin uygulanabileceği muhtemel hedeflerin saptanması ve mühendislik alanında kullanılabilecek yeni bir denetim algoritmasının bulunabilmesi amacıyla modellenmesidir. Bu çalışmanın önceki modelleme çalışmalarından farkı, geçit kontrol sistemini oluşturan nöronların morfolojilerinin de göz önüne alınması ve yapı-işlev ilişkisinin de modele dahil edilmesidir. Çalışmada, uyarılabilir bir sinir hücresinin modeli kurularak, bu modelin çeşitli değişkenler karşısında nasıl cevap verdiği incelenmiştir. Farklı fizyolojik koşullarda, model sonuçlarının kerevit balığı kullanılarak yapılan deneysel çalışma sonuçları ile uygun olduğu gözlenmiştir. Model, uyarı şiddeti bilgisini aksiyon potensiyeli frekansı olarak kodlamakta ve ayrıca eşik altı uyarıları gerçek nöronlar gibi toplayarak aksiyon potansiyeli üretmektedir. Model, depolarizasyon bloğunu da tahmin edebilmektedir. Geliştirilen hücre modelinin mutlak tepkisiz periyodu 3.7 ms olarak bulunmuştur. Sodyum kanallarından iyon geçişi tetrodotoxin ile engellendiğinde, geliştirilen model aksiyon potansiyeli üretememektedir. Ayrıca, sodyumun dönme potansiyeli arttırıldığında, oluşan aksiyon potansiyellerinin frekans ve genliklerinin arttığı gözlenmiştir. Biyoelektrik sinyallerin miyelinli ve miyelinsiz sinir liflerindeki iletimi benzetilmiş ve her iki tip lif içinuyarı akım şiddeti-frekans ilişkisi kurulmuştur. Bir cm uzunluğundaki miyelinsiz sinir lifinde iletim hızı 0.43 m/s olarak bulunurken, aynı uzunluktaki miyelinli sinirde iletim hızı 64.35 m/s olarak belirlenmiştir. Ayrıca geliştirilen sinaps modeli, sinaptik boşluktaki, zamana bağlı nörotransmiter konsantrasyonunu benzetirken, gerçek sinapslarda da görülen toplama ve tetanizasyon özelliklerini göstermiştir. Geçit kontrol sistemini oluşturan nöronların, boyutlarına bağlı elektrofizyolojik özelliklerini bulabilmek için, morfolojik analizleri yapılmıştır. Tüm sistem modeli, bütün üye parçaların birleştirilmesiyle çalıştırılmıştır. Farklı bağlanma düzenleri için, bentezim çalışmalarının sonuçları, ağrının baskılanmasıyla ilgili gözlemlenen olayları yakın bir biçimde benzetebilmiştir. Miyelinli sinir modelden çıkarıldığı zaman, beyne ileti taşıyan projeksiyon nöronu aksiyon potansiyelleri üretmiştir. Miyelinsiz sinir modelden çıkarıldığındaysa projeksiyon nöronu aktivite göstermemiştir. Bu çalışmadaki bütün benzetimler Simulink benzetim ortamında yapılmıştır.
Özet (Çeviri)
The purpose of this thesis work is to model the gate control theory, which explains the modulation of pain signals, with a motivation of finding new possible targets for pain treatment and to find novel control algorithms that can be used in engineering practice. The difference of the current study from the previous modeling trials is that morphologies of neurons that constitute gate control system are also included in the model by which structure-function relationship can be observed. Model of an excitable neuron is constructed and the response of the model for different perturbations are investigated. The simulation results of the excitable cell model is obtained and when compared with the experimental findings obtained by using crayfish, it is found that they are in good agreement. Model encodes stimulation intensity information as firing frequency and also it can add sub-threshold inputs and fire action potentials as real neurons. Moreover, model is able to predict depolarization block. Absolute refractory period of the single cell model is found as 3.7 ms. The developed model, produces no action potentials when the sodium channels are blocked by tetrodotoxin. Also, frequency and amplitudes of generated action potentials increase when the reversal potential of Na is increased. In addition, propagation of signals along myelinated and unmyelinated fibers is simulated and input current intensity-frequency relationships for both type of fibers are constructed. Myelinated fiber starts to conduct when current input is about 400 pA whereas this minimum threshold value for unmyelinated fiber is around 1100 pA. Propagation velocity in the 1 cm long unmyelinated fiber is found as 0.43 m/s whereas velocity along myelinated fiber with the same length is found to be 64.35 m/s. Developed synapse model exhibits the summation and tetanization properties of real synapses while simulating the time dependency of neurotransmitter concentration in the synaptic cleft. Morphometric analysis of neurons that constitute gate control system are done in order to find electrophysiological properties according to dimensions of the neurons. All of the individual parts of the gate control system are connected and the whole system is simulated. For different connection configurations, results of the simulations predict the observed phenomena for the suppression of pain. If the myelinated fiber is dissected, the projection neuron generates action potentials that would convey to brain and elicit pain. However, if the unmyelinated fiber is dissected, projection neuron remains silent. In this study all of the simulations are preformed using Simulink.
Benzer Tezler
- Anahtarlı kapasite (SC) devrelerinin spice programı ile analizi
Analysis of switched capacitor (SC) circutis using spice program
AHMET SALİM KURŞUN
Yüksek Lisans
Türkçe
1993
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiPROF.DR. ALİ NUR GÖNÜLEREN
- Sürekli mıknatıslı senkron motorun doğrudan moment kontrolünün DSP tabanlı yeni bir algoritma geliştirilerek gerçekleştirilmesi
Implementing direct torque control of permanent magnet synchronous motor by improving a new algorithm based on DSP
SELİN ÖZÇIRA
Doktora
Türkçe
2013
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. NUR BEKİROĞLU
- Mıknatıslı anahtarlamalı relüktans makinesinin kontrolü ve performans analizi
Control and performance analysis of permanent magnet switched reluctance machine
FARUK DURAK
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. FUAT KÜÇÜK
- FPGA based hardware accelerator for euler equations with finite volume method
Euler denklemleri için sonlu hacimler yöntemi ile FPGA tabanlı donanım hızlandırıcı
EMİNE ELİF YİĞİT
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiSavunma Teknolojileri Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ RAMAZAN YENİÇERİ
- Bir motor kontrol sisteminin model tabanlı donanım ve yazılım ortak tasarımı
Model-based hardware and software mutual design of a motor control system
SEDAT İN
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SIDDIKA BERNA ÖRS YALÇIN
DOÇ. DR. HASAN TİRYAKİ