مطالعه تاثیر میدان الکتریکی نوسانی در زمان و مکان بر فعالیت نورونی به کمک مدل نورون نقطه ای توسعه یافته

با توجه به ساختار الکتریکی- شیمیایی سلول های عصبی، انتظار می رود که اعمال تحریک الکتریکی بر دینامیک شبکه های عصبی تاثیر گذاشته، و فعالیت مغزی را تقویت یا تضعیف کند. برهمین مبنا در دو دهه گذشته، استفاده از تحریک الکتریکی برای درمان اختلالات عصبی مانند افسردگی، صرع، پارکینسون، و … مقبولیت زیادی پیدا کرده است. البته پاسخ بافت عصبی به تحریک بیرونی، خطی نیست، یعنی مطالعات عملی بر روی مدل های حیوانی و نیز مدل سازی های محاسباتی، نشان می دهند که تغییر در دامنه و الگوی تغییرات تحریک الکتریکی می تواند به نتایج کاملا متفاوتی منجر شود. در اغلب روش های تحریک، میدان الکتریکی ناشی از تزریق مستقیم جریان به سر (و مغز) شدت نسبتا پایینی دارد. درک ناقص از سازوکار و پیچیدگی های تحریک الکتریکی، گاهی پزشکان را به اتخاذ رویکرد مبتنی بر آزمون و خطا وادار می سازد؛ یعنی عملا بیمار را در معرض خطر قرار می دهد. ما با استفاده از مدل سازی محاسباتی، و به صورت تحلیلی پاسخ غشای تک نورون به تحریک جریانی خارج سلولی را که در مکان و زمان نوسان می کند محاسبه کرده، و اثر ویژگی های مختلف تحریک خارج سلولی بر پاسخ نورونی را بررسی کرده ایم. مشخصا، ناهمگنی مکانی میدان الکتریکی، و اثرگذاری آن بر فعالیت نورون را، با استفاده از مدل توسعه یافته نقطه ای که ساده اما حاوی اطلاعات هندسی سلول عصبی است، اولین بار و به طور کامل در نظر گرفته ایم. نتایج به دست آمده نشان می دهند که پاسخ وابسته به بسامد زمانی نورون ها شدیدا به بسامد و فاز مکانی تحریک بستگی دارد. در واقع شدت ناهمگنی میدان در مکان می تواند رفتار بسامدی نورون را تحت تاثیر قرار دهد. نتایج این مطالعه به طراحی روش های بهینه برای تحریک بافت عصبی، و همچنین تخمین میزان خطرات ناشی از قرار گرفتن ناخواسته در میدان های الکتریکی کمک می کند.

Keywords:

تحریک الکتریکی مغز , میدان الکتریکی ناهمگن , مدل گوی و میله , نورون نقطه ای توسعه یافته , رفتار بسامدی