نوع مقاله: مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار،گروه مهندسی پزشکی،دانشکده مهندسی برق،دانشگاه علم و صنعت ایران،تهران

2 دانشجوی دکتری، گروه مهندسی پزشکی،دانشکده مهندسی برق،دانشگاه علم و صنعت ایران،تهران

10.22041/ijbme.2016.22214

چکیده

ثابت زمانی مفهومی فیزیکی است که با استفاده از آن، معنا و مفهوم سرعت پاسخ‌دهی یا سرعت عکس‌العمل نتیجه می‌شود. یافته‌های تجربی، وابستگی سرعت حرکت دریچه­های یونی به ولتاژ غشا را نشان­داده ‌است. در این تحقیق، مدلی برای ثابت زمانی ولتاژ غشا در نورون­ ارائه­شده است. مدل پیشنهادی در این مقاله، ابتدا در قالب یک قضیه مطرح شده و سپس این قضیه اثبات­شده ­است. این قضیه نشان می­دهد که می­توان مورفولوژی­های گوناگون سیر زمانی پتانسیل عمل در یک نورون را با تنظیم پارامترهای مدل پیشنهادی، شبیه­سازی کرد. قضیه مطرح­شده با ارائة مثال­هایی از شبیه­سازی سیر زمانی پتانسیل عمل در چند نورون و سلول نمونه، اعتبارسنجی شده است. با توجه به کلیت قضیة ارائه­شده، مدل پیشنهادی برای ثابت زمانی می­تواند هم برای سیستم‌های زیستی و هم برای شبیه‌سازی در هر سیستم فیزیکی دیگر به­کار رود.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

A Model for Time Constant of Ionic Channels in Neurons

نویسندگان [English]

  • Seyed Hojat Sabzpoushan 1
  • Azadeh Ghajarjazy 2

1 Assistant Professor, Biomedical Engineering Department,School of Electrical Engineering,Iran University of Science & Technology,Tehran,Iran

2 PhD Candidate, Biomedical Engineering Department,School of Electrical Engineering,Iran University of Science & Technology,Tehran,Iran

چکیده [English]

Time constant is a physical concept that one may deduce the speed of response and reaction of a system from it. Experimental findings confirm the dependency of the speed of opening-closing of ionic channels to the membrane voltage. In this paper a model for time constant of membrane voltage in neurons has been presented. At first, the presented model has been established as a theorem and then the theorem has been proved. According to the presented theorem, one can simulate different morphology and time course of action potential (AP) in neurons by adjusting the model parameters. The validation of the presented theorem (model) has been shown by simulation examples of some kinds of neurons and cells APs. Regarding the generality of the presented theorem, our model not only can be applied in biomedical systems but also it may be used in any physical systems.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Ion channel
  • Time constant
  • Modelling

[1]     K. H. W. J. Ten Tusscher, et al.,“A model for human ventricular tissue,” AJP-Heart Circ. Physiol, vol. 286, no. 4, pp.H1573-H1589, Apr, 2004.

[2]     D. Noble, Y. Rudy,“Models of cardiac ventricular action potentials: iterative interaction between experiment and simulation,” Proc. Roy. Soc. Lond. A, vol. 359, no. 1783, pp.1127-1142, Jun, 2001.

[3]     A. S. Shai.,“Physiology of Layer 5 Pyramidal Neurons in Mouse Primary Visual Cortex: Coincidence Detection through Bursting,” PLoS Comput. Biol., vol. 11, no. 3, e1004090, Mar, 2015.

[4]     A. Nygren, et al., “Mathematical model of an adult human atrial cell the role of k+ currents in repolarization,” Circ. Res., vol. 82, no. 1, pp. 63-81, 1998.

[5]     A. Bueno-Orovio, et al., “Minimal model for                   human ventricular action potentials in tissue,” J. Theor. Biol., vol. 253, no. 3, pp. 544-560, 2008.

[6]     A. L. Hodgkin, A. F. Huxley, “Propagation of electrical signals along giant nerve fibres,” P. Roy. Soc. Lond. B Bio, vol. 140, no. 899, pp.177-183, Oct, 1952.

[7]     G. S. Yi, et al.,“Biophysical Insights into How Spike Threshold Depends on the Rate of Membrane Potential Depolarization in Type I and Type II Neurons,” PloS one, vol. 10 ,no. 6, e0130250, Jun, 2015.

[8]     R. L. Winslow, et al.,“Mechanisms of altered excitation-contraction coupling in canine tachycardia-induced heart failure, II model studies,” Circ. Res, vol. 84, no. 5, pp.571-586, Mar, 1999.

[9]     D. Noble, S. J. Noble,“A Model of sino-atrial node electrical activity based on a modification of the DiFrancesco-Noble (1984) equations,” Proc. Roy. Soc. Lond. B Bio, vol. 222, no. 1228, pp.295-304, Feb, 1984.

[10]         R. FitzHugh,“Impulses and physiological states in theoretical models of nerve membrane,” Biophys. J. Comput. Biol., vol. 1, no. 6, pp. 445-466, Jul, 1961.