- Avrupa Bilim ve Teknoloji Dergisi
- Issue: 28 Special Issue
- Speed Gradient Control Algorithm for Optogenetic Modeling
Speed Gradient Control Algorithm for Optogenetic Modeling
Authors : Sergey BORİSENOK
Pages : 771-774
Doi:10.31590/ejosat.1011271
View : 8 | Download : 4
Publication Date : 2021-11-30
Article Type : Research
Abstract :Channelrhodopsin-2'yi (ChR2) ekspres eden nöronların, ChR2 mutantlarının çeşitli tipleriyle ışık uyarımına cevabını modelleyen Grossman-Nikolic-Toumazou-Degenaar (GNTD) sıradan diferansiyel sistemi çerçevesinde zar iletkenliği üzerindeki optogenetik kontrol için geri besleme algoritmasını tartışıyoruz. GNTD popülasyon dinamiği, aralarında geçiş yapabilen ikisi açık ve ikisi kapalı olmak üzere dört işlevsel durum içermektedir. Bu geçişler, uyaran ışığın fotoeksitasyonları ya da açık durumlardan kapalı durumlara geri bozulmalar nedeniyle gerçekleşmektedir. Model içindeki kontrol sinyali, boyutsuz şekilde, ChR2 başına foton akısı üzerinden tanımlanmaktadır. Kontrolün amacı ChR2 nedeniyle bir nöral kısmın toplam iletkenliğidir. Var olan toplam iletkenlik ve bu iletkenliğin istenen seviyesi arasındaki uyuşmazlığı temsil eden hedef fonksiyonunun en aza indirilmesi sağlanacak şekilde, faz uzayı içindeki dinamik sistemi yönlendiren Fradkov'un hızlı gradyan yöntemi biçimindeki kontrol algoritmasını formülleştirmekteyiz. İletkenlik özelliklerini kararlı hale getiren foton akı alanı için açık denklemi türetmekte ve kontrol amacına ulaşabilirliğin kanıtı olarak kontrol altındaki GNTD diferansiyel sistemi için sayısal benzetim gerçekleştirmekteyiz. Yaklaşımımız optogenetiğin farklı deneysel problemlerini modellemede, özellikle, epilepsi, depresyon ve merkezi sinir sistemi tümörlerindeki sinir hücrelerinin toplu dinamiğini yönlendirmede faydalı olabilmektedir.Keywords : Optogenetik, ChR2 kanalı, Membran iletkenliği, Geribesleme kontrolü, Hızlı gradyan algoritması