مهندسی عصبی عضلانی
راحله شفائی؛ سید محمدرضا هاشمی گلپایگانی
دوره 5، شماره 3 ، آذر 1390، ، صفحه 214-228
چکیده
یکی از مسائل کلیدی در نایل شدن به کنترل موفق FES، استفاده از یک مدل مناسب و صحیح از سیستم تحت تحریک الکتریکی است که بهمیزان کافی بیانکنندهی رفتار آن سیستم باشد. مدلهای محاسباتی کلاسیک که بهطور متعارف برای این منظور استفاده میشوند، ماهیتی جزءنگر دارند؛ بنابراین نمیتوانند اندرکنش موجود در سیستم بیولوژیک را لحاظ کنند. با ...
بیشتر
یکی از مسائل کلیدی در نایل شدن به کنترل موفق FES، استفاده از یک مدل مناسب و صحیح از سیستم تحت تحریک الکتریکی است که بهمیزان کافی بیانکنندهی رفتار آن سیستم باشد. مدلهای محاسباتی کلاسیک که بهطور متعارف برای این منظور استفاده میشوند، ماهیتی جزءنگر دارند؛ بنابراین نمیتوانند اندرکنش موجود در سیستم بیولوژیک را لحاظ کنند. با توجه به این محدودیتها، اخیرا مدلهای رفتاری که جعبه سیاه هستند اغلب استفاده میشوند. این مدلها روی دینامیک ورودی/ خروجی، که همانا اطلاعات مورد نیاز مدلسازی برای طراحی کنترل است تمرکز دارند؛ بدینترتیب به سیستم به عنوان یک کل، که تعاملات بین اجزا را در خود نهفته دارد، پرداخته میشود. تاکنون چنین مدلی برای حرکت مفصل آرنج ارائه نشده است. از این رو در این پژوهش، با استفاده از شبکههای عصبی دینامیک، شامل شبکههای جلوسو با تاخیر زمانی و بازگشتی، به ارائه و اعتبارسنجیِ یک مدل جعبه سیاه از حرکت مفصل آرنج در صفحهی افق، برای کابردهای کنترل حرکت رساندن دست، در افرادی با ضایعهی نخاعی 6C/5Cپرداخته شده است. نهایت انعطافپذیری معماری جلوسو با تاخیر زمانی، در یک ساختار دو لایه با 5 نورون پنهان و استفاده از 25/1 ثانیه از سوابق ورودی، با شاخص عملکرد ضریب همبستگی متقابل %86/89 و نرمالیزه شدهی میانگین مربعات خطای % 85/4 رخ داد و بهعنوان مدلِ برگزیدهی این معماری معرفی گردید. بهترین شبکهی بازگشتی با معماری NARX و تعداد سوابق ورودی و خروجیِ برابر نیز، در ساختاری دو لایه با 12 نورون در لایهی پنهان و استفاده از 1/0 ثانیه از سوابق، با شاخص عملکرد همبستگی متقابل %50/92 و نرمالیزه شدهی میانگین مربعات خطای % 06/4 رخ داد و بهعنوان مدلِ برگزیدهی این معماری معرفی گردید. مقایسهی بهترین نتایج آموزش با استفاده از شبکه جلوسو از هر دو جنبهی کمی و کیفی به شکل آشکاری بیانکنندهی برتری شبکههای بازگشتی در شناسایی سیستم مورد مطالعه است.
الگوبرداری زیستی / زیستتقلیدی
سعید رشیدی؛ سید محمدرضا هاشمی گلپایگانی؛ علی فلاح؛ فرزاد توحیدخواه
دوره 4، شماره 1 ، خرداد 1389، ، صفحه 33-44
چکیده
در حرکات ترسیمی، خواص هندسی مسیر و ویژگی های حرکتی تحت قیودی خاص قرار دارند که با دو قانون توان دو- سوم و اصل شیب یکسان شناخته می شوند. در این مقاله با طراحی آزمون هایی درباره افراد 16-18 سال، به بررسی نوع ارتباط این دو قانون تجربی در حرکات مستقیم و منحنی شکل پرداخته می شود. با ارائه دو مدل توانی نشان داده می شود در الگوهای ترسیمی ویژگی های ...
بیشتر
در حرکات ترسیمی، خواص هندسی مسیر و ویژگی های حرکتی تحت قیودی خاص قرار دارند که با دو قانون توان دو- سوم و اصل شیب یکسان شناخته می شوند. در این مقاله با طراحی آزمون هایی درباره افراد 16-18 سال، به بررسی نوع ارتباط این دو قانون تجربی در حرکات مستقیم و منحنی شکل پرداخته می شود. با ارائه دو مدل توانی نشان داده می شود در الگوهای ترسیمی ویژگی های تغییرناپذیر قابل تعریف بوده که مستقل از فرد، جهت، چرخش و طول الگو است و در تعامل با یکدیگر علاوه بر ساده سازی نقش سیستم فوقانی کنترل حرکت، باعث کاهش تعداد درجات آزادی و پیچیدگی محاسبات می شوند.
مدلسازی رایانهای زیستی / شبیهسازی رایانهای زیستی
سیامک حقی پور؛ سید محمدرضا هاشمی گلپایگانی؛ سید محمد فیروزآبادی؛ سیروس مومن زاده
دوره 3، شماره 3 ، آذر 1388، ، صفحه 227-241
چکیده
فرایند شکل گیری درد از نرون های حسی اولیه شروع و به نرون های سیستم عصبی مرکزی که اولین بخش آن در شاخ خلفی نخاع است ختم می شود. امروزه تلاش برخی محققان برای کنترل درد، یافتن سازوکاریست که بتواند وضعیت نرون های شاخ خلفی نخاع را از یک حالت پایدار ناخواسته به حالت پایدار مطلوب تغییر دهد به این منظور لازم است ابتدا مدلی از رفتار نرون ها در ...
بیشتر
فرایند شکل گیری درد از نرون های حسی اولیه شروع و به نرون های سیستم عصبی مرکزی که اولین بخش آن در شاخ خلفی نخاع است ختم می شود. امروزه تلاش برخی محققان برای کنترل درد، یافتن سازوکاریست که بتواند وضعیت نرون های شاخ خلفی نخاع را از یک حالت پایدار ناخواسته به حالت پایدار مطلوب تغییر دهد به این منظور لازم است ابتدا مدلی از رفتار نرون ها در شاخ خلفی نخاع استخراج شود تا با تغییر پارامترهای مدل مذکور، بتوان درد ایجاد شده را تحت کنترل در آورد. در این تحقیق به کمک اسلوب شناسی بایفورکیشن و استخراج دینامیک حاکم بر سازوکار شکل گیری درد از طریق انجام آزمایش های بالینی، یک مدل سایبرنتیکی ارائه می شود که قادر به بیان حالت های عملکردی نرون های شاخ خلفی نخاع (عادی، حساس شده و فرونشانده شده)، نقش حافظه، اثر ورودی های حسی دیگر و اثر ورودی های نزولی از سطوح فوقانی سیستم عصبی است. در این مدل ورودی ها شامل درجه تحریک حرارتی متناسب با نرخ پتانسیل عمل از آوران های dC/A، شدت جریان تحریک الکتریکی مهاری متناسب با نرخ پتانسیل عمل از آوران های Ab، ورودی های مهاری نزولی از مغز میانی و ورودی های مهاری یا تحریکی نزولی از سطوح فوقانی سیستم عصبی (تالاموس و قشر مغز) بوده و خروجی مدل نرخ پتانسیل عمل ساطع شده از نرون های انتشاری شاخ خلفی نخاع متناسب با سطح درد حس شده است. ویژگی شاخص این مدل استفاده از مدلسازی سایبرنتیکی بر اساس یک سری اطلاعات ورودی و خروجیست که می تواند ایراد وارد بر سایر مدل ها که در آنها ساده سازیِ روابط، تعامل اجزای سیستم را کاهش می دهد مرتفع کند. از طرف دیگر برخلاف مدل های قبلی که بر اساس پتانسیل تحریکی غشاء مدلسازی شده بودند در مدل مذکور خروجی مستقیما به صورت پتانسیل عمل ساطع شده از نرون های انتشاری شاخ خلفی نخاع است که علاوه بر اینکه از دقت بالاتری برخوردار است قابلیت انطباق با ثبت های سلولی را نیز دارد.
مهندسی عصبی عضلانی
امیرهمایون جعفری؛ سید محمدرضا هاشمی گلپایگانی؛ فرزاد توحیدخواه؛ علی فلاح
دوره -2، شماره 1 ، تیر 1384، ، صفحه 57-70
چکیده
به منظور مدل سازی سیستم حرکتی انسان در انجام حرکات مهارتی، مدلی با ساختار سلسله مراتبی سه لایه ارایه شده است. در هر سطح براساس میزان دقت و کیفیت امر کنترل، کنترل کننده خاصی وارد عمل شده و عمل کنترل در آن سطح را انجام می دهد. در سطح اول، مفاهیم کنترلی به صورت عام و کیفی مورد بررسی قرار می گیرد و وظیفه آن، حفظ پایداری سیستم براساس اطلاعات ...
بیشتر
به منظور مدل سازی سیستم حرکتی انسان در انجام حرکات مهارتی، مدلی با ساختار سلسله مراتبی سه لایه ارایه شده است. در هر سطح براساس میزان دقت و کیفیت امر کنترل، کنترل کننده خاصی وارد عمل شده و عمل کنترل در آن سطح را انجام می دهد. در سطح اول، مفاهیم کنترلی به صورت عام و کیفی مورد بررسی قرار می گیرد و وظیفه آن، حفظ پایداری سیستم براساس اطلاعات کیفی دریافتی از سطح دوم مانند کاهش یا افزایش خطا می باشد. در این سطح، از یک کنترل کننده خودسازمانده برای تولید فرامین حرکتی عام استفاده می گردد که نقش تشویق و تنبیه را برای تضمین پایداری سیستم با ارسال فرمان های گسسته به سطح دوم ایفا می کند. این کنترل کننده با توجه به وظیفه خود، تنها در زمانی که کنترل کننده سطح دوم به تنهایی قادر به حفظ پایداری سیستم نباشد، وارد عمل شده و پایداری را تضمین می کند. سطح دوم، امر کنترل را به صورت کمی تر و دقیق تری دنبال می کند و عمل تطبیق در این سطح صورت می گیرد. اطلاعاتی که ازن سطح عموما از مسیرهای فیدبک حسی و چشمی دریافت می کند، مفاهیم دقیق تری از عملکرد کنترلی را شامل می شوند (مانند میزان خطای موجود در انجام حرکت). در سطح دوم از کنترل کننده پیش بین مبتنی بر مدل برای تولید فرامین کنترلی کمی تر و دقیق تر استفاده شده است که در واقع خط سیر حرکتی را تعیین می کند. یک سوییچ فازی، فرامین کنترلی سطح اول و دوم را براساس روش کنترل مود لغزان برای ایجاد یک سیستم کنترل مقاوم تلفیق می کند. در سطح سوم نیز این فرامین حرکتی، با تعیین عضلات درگیر و نحوه هماهنگی آنها در انجام حرکت مورد نظر، تفسیر می شود و به عضلات، فرامین حرکتی مناسب اعمال می گردد. اطلاعات دریافتی در این سطح عموما در مورد میزان مشارکت عضلات در انجام حرکت و نیز تاثیر محیط روی سیستم حرکتی است که توسط فیدبک های حسی به این سطح منتقل می شوند. مدل ارایه شده با چنین ساختار سلسله مراتبی، قابلیت مناسبی در کنترل و حفظ پایداری سیستم دارد. نتایج شبیه سازی ها این موضوع را تایید می کند.
مهندسی عصبی عضلانی
امین مهنام؛ سید محمد فیروزآبادی؛ سید محمدرضا هاشمی گلپایگانی
دوره -1، شماره 1 ، آبان 1383، ، صفحه 65-76
چکیده
در سال های اخیر، تحقیقات بسیاری در زمینه تحریک الکتریکی سلول های عصبی انجام شده است تا به طریقی قابلیت "انتخاب" سلول های هدف توسط تحریک افزایش یابد. از جمله روش های پیشنهادی برای تحریک انتخابی فیبرهای دور از الکترود و همچنین فیبرهای باریک، استفاده از شکل موج های خاص از جمله شکل موج شامل پیش پالس مستطیلی کاتدی است. در مقاله ...
بیشتر
در سال های اخیر، تحقیقات بسیاری در زمینه تحریک الکتریکی سلول های عصبی انجام شده است تا به طریقی قابلیت "انتخاب" سلول های هدف توسط تحریک افزایش یابد. از جمله روش های پیشنهادی برای تحریک انتخابی فیبرهای دور از الکترود و همچنین فیبرهای باریک، استفاده از شکل موج های خاص از جمله شکل موج شامل پیش پالس مستطیلی کاتدی است. در مقاله حاضر، ابتدا با استفاده از مدل غیر خطی فیبر عصبی و شبیه سازی تحریک الکتریکی آن، تاثیر پارامترهای مختلف پیش پالس های کاتدی بر قابلیت انتخاب فیبرهای مایلین دار مورد بررسی قرار گرفته و در ادامه، تحریک با شکل موج جدیدی که شامل پیش پالس "شیب" است مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج حاصل از این شبیه سازی ها نشان می دهند که با استفاده از پیش پالس "شیب"، فیبرهای عصبی مختلف در محدوده ای وسیع تر قابل انتخاب هستند. به این ترتیب در تحریک فیبرهای عصبی نخاع- اعصاب محیطی و یا اعصاب حواس ویژه می توان با استفاده از پیش پالس شیب به قابلیت انتخاب بهتری در تحریک سلول های عصبی هدف دست یافت.