Modelling of neuronal circuits by using block-oriented programming techniques
| Autor: | Perea-Paizal, Julia |
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| Přispěvatelé: | Fernández-de-Cañete-Rodríguez, Francisco Javier, Ingeniería de Sistemas y Automática |
| Rok vydání: | 2017 |
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| Zdroj: | RIUMA. Repositorio Institucional de la Universidad de Málaga instname |
| Popis: | This project consists in the implementation of a complete reflex arc model based in biological neurons and in the subsequent study of its dynamic behavior. The basic circuit of the reflex arc is composed by a receptor and its afferent fibers, one or several interneurons located in the spinal cord, a motoneuron and an effector connected to its muscle. The attributes of a reflex arc depend on the features of the sensory receptor that initiates the reflex and also on the physical nature of the medullar circuits and the motoneurons involved in it. The implementation of the neural circuit has been done using causal modeling techniques, which reflect rather the dynamics equations than the very structure of the system. The Simulink environment has been used for this purpose since it is based in a hierarchically block diagramming tool, which makes very efficient the implementation of compartmental models. The model of the neural circuit has been built following a mathematical approach based in membrane and action potentials. It includes the four major components that embody a neuron: cell body, dendrite, axon and presynaptic terminals, as well as the muscle spindle and the motor junction, which behave as transductors. The mathematical equations that model the system are calculated from the circuit analogy that recreates the ion traffic across cellular membranes. Once the model is completely built, the excitation and conduction mechanisms, as well as the stimulus transmission, are studied. The system is analyzed under physiological and pathological conditions, studying the effects that some drugs produce in the model and using a qualitative analysis methodology to evaluate the obtained results. El presente trabajo consiste en la implementación de un modelo del circuito completo del arco reflejo basado en la neurona biológica y en el estudio de su comportamiento dinámico. El circuito reflejo modular básico está compuesto por un receptor y su fibra aferente, una o más neuronas medulares intercalares, una motoneurona y un efector y su músculo. Las propiedades de cualquier reflejo son una función de las características de los receptores que inician el estímulo y de la naturaleza de los circuitos medulares y de las motoneuronas implicados. Para la implementación del circuito neuronal se ha optado por técnicas de modelado causal, en las que tienen más importancia las ecuaciones dinámicas que la estructura física del sistema. Para ello se ha utilizado la herramienta Simulink, que permite implementar la configuración utilizada basada en modelos compartimentales mediante la utilización de una estructura jerarquizada de diagramas de bloques. El modelado del circuito neuronal se realiza siguiendo un modelo matemático en términos de potenciales de membrana y potenciales de acción, implementando los cuatro elementos principales que componen una neurona: cuerpo celular o soma, dendritas, axón y terminales presinápticos, además del huso muscular y la placa motora, que actúan como transductores. Las ecuaciones matemáticas que definen el sistema se obtienen a partir de la analogía circuital que reproduce el tránsito de iones a través de la membrana. Construido el modelo se estudian los mecanismos de excitación, conducción y transmisión de estímulos en las distintas etapas que lo componen, el comportamiento en condiciones fisiológicas y patológicas, y los efectos que se producen tras la aplicación de tratamientos farmacológicos siguiendo una metodología de análisis cualitativa. |
| Databáze: | OpenAIRE |
| Externí odkaz: |
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