مدلسازی سیستمهای بیولوژیکی
حسین بانکی کشکی؛ سیدعلی سیدصالحی
دوره 17، شماره 2 ، شهریور 1402، ، صفحه 100-110
چکیده
همآوایی نورونی بعنوان یکی از مهمترین پدیدههای شناختی مغز انسان، در سالهای اخیر مورد توجه پژوهشگران قرار گرفته است. پدیده همآوایی اغلب در مدلهای نورونی گسسته و پیوسته یا سیگنالهای تجربی ثبتشده از مغز مورد بررسی قرار میگیرد اما در این پژوهش، بر خلاف پژوهشهای قبلی، پدیده همآوایی برای نخستین بار در وزنهای شبکههای ...
بیشتر
همآوایی نورونی بعنوان یکی از مهمترین پدیدههای شناختی مغز انسان، در سالهای اخیر مورد توجه پژوهشگران قرار گرفته است. پدیده همآوایی اغلب در مدلهای نورونی گسسته و پیوسته یا سیگنالهای تجربی ثبتشده از مغز مورد بررسی قرار میگیرد اما در این پژوهش، بر خلاف پژوهشهای قبلی، پدیده همآوایی برای نخستین بار در وزنهای شبکههای عصبی مصنوعی در حال تعلیم مورد بررسی قرار گرفته است. یافتههای پژوهش نشان میدهد که همآوایی در وزنهای این شبکهها، هم در حین یادگیری و هم در حالت بدون یادگیری اتفاق میافتد و از نوع همآوایی عمومی است. همچنین با افزایش میزان یادگیری در شبکه، میزان همآوایی در وزنها نیز افزایش مییابد. در این پژوهش همچنین روشی جدید برای تشخیص الگوهای همآوایی با استفاده از مشتق سیگنال و روش خوشهبندی سلسلهمراتبی ارائه میشود و یک شاخص نیز برای سنجش میزان همآوایی وزنها در لایههای مختلف شبکه عصبی معرفی میگردد. بررسی این شاخص نشان میدهد که وزنهای لایههای نخستین شبکه در مقایسه با لایههای سطوح بالاتر بصورت معناداری همآوایی بیشتری دارند.
شبکه عصبی / شبکه عصبی بیولوژیکی و مصنوعی
حسین بانکی کشکی؛ سیدعلی سیدصالحی
دوره 15، شماره 3 ، آذر 1400، ، صفحه 199-209
چکیده
ارائهی مدلهای نورونی جدید به منظور شبیهسازی پدیدههای شناختی در مغز در سالهای اخیر مورد توجه پژوهشگران قرار گرفته است. در این پژوهش مدل نورونی جدیدی مبتنی بر رفتار آشوبگونهی وزنهای شبکههای عصبی مصنوعی در حین یادگیری با استفاده از الگوریتم پسانتشار خطا ارائه شده است. این مدل نخستین مدل نورونی گسسته با قابلیت یادگیری ...
بیشتر
ارائهی مدلهای نورونی جدید به منظور شبیهسازی پدیدههای شناختی در مغز در سالهای اخیر مورد توجه پژوهشگران قرار گرفته است. در این پژوهش مدل نورونی جدیدی مبتنی بر رفتار آشوبگونهی وزنهای شبکههای عصبی مصنوعی در حین یادگیری با استفاده از الگوریتم پسانتشار خطا ارائه شده است. این مدل نخستین مدل نورونی گسسته با قابلیت یادگیری است و توانایی بروز رفتارهای پیچیده و آشوبی را دارد. قابلیت یادگیری این امکان را به این مدل نورونی داده است که پدیدههای شناختی مانند همآوایی نورونها را در شرایطی نزدیک به واقعیت شبیهسازی کند. مدل نورونی مذکور که از یک شبکهی عصبی جلوسوی سهلایه به دست آمده، دارای جاذبهای همزیست متعددی است که یادگیری را در بستر جذبهای مختلف امکانپذیر میکند. بررسی پارامترهای مدل نشان داده که بایفورکیشن نه تنها با تغییر پارامتر ضریب یادگیری روی میدهد، بلکه تحریک بیرونی نیز میتواند به عنوان یک پارامتر کنترل باعث تغییر رفتار مدل و بایفورکیشن شود. بنابراین این مدل میتواند در طراحی و مدلسازی روشهای درمانی برای اختلالات شناختی مورد استفاده قرار گیرد.
بیوالکتریک
سید حجت سبزپوشان؛ تینا قدسی اثناعشری؛ فاطمه پورحسن زاده
دوره 11، شماره 1 ، اردیبهشت 1396، ، صفحه 41-49
چکیده
سرطان یکی از مهمترین عوامل مرگومیر در جامعة بشری است؛ از اینرو، دانشمندان همواره به دنبال یافتن روشهای نوین برای مقابله با این بیماری هستند. درک بیشتر از دینامیک تومورهای سرطانی در بدن، کمک قابلتوجهی به این تحقیقات میکند؛ بنابراین ساخت مدلهای دقیق و ساده برای رشد تومور، اهمیت زیادی دارد. مدلهای گوناگونی برای ...
بیشتر
سرطان یکی از مهمترین عوامل مرگومیر در جامعة بشری است؛ از اینرو، دانشمندان همواره به دنبال یافتن روشهای نوین برای مقابله با این بیماری هستند. درک بیشتر از دینامیک تومورهای سرطانی در بدن، کمک قابلتوجهی به این تحقیقات میکند؛ بنابراین ساخت مدلهای دقیق و ساده برای رشد تومور، اهمیت زیادی دارد. مدلهای گوناگونی برای دینامیک رشد سلولهای سرطانی در بدن ارائه شده است. در برخی از مدلها، به اندرکنش انواع سلولها در سیستم سرطانی اشاره شده است. سلولهای موجود در سیستم سرطانی، شامل سلولهای تومور، سالم و سیستم ایمنی میهستند. مدلهای ارائهشدة قبلی که برمبنای این سه جمعیت سلولی بنا شدهاند، بهطور معمول قادر به شبیهسازی رفتارهای آشوبگونه نیستند؛ درحالیکه بیولوژی سرطان، وجود آشوب در این سیستم را تأیید کرده است. در این مقاله، مدلی سه متغیرحالته ارائه شده و نشان داده میشود که بهازای مقادیری از پارامترها، سیستم قادر به شبیهسازی رفتارهای آشوبگونه میاست. پارامترهای مدل، براساس روابط بیولوژیکی تعریف شدهاند و هریک از آنها، نقش خاصی در دینامیک سیستم ایفا میکنند. برای تجزیه و تحلیل نقش پارامترها، بازة مشخصی به هر پارامتر اختصاص داده و با رسم نمودار، دوشاخگی تغییر رفتار سیستم مشاهده شده است. نتایج نشان میدهد، برخی از پارامترها نقش کمتری در رفتار سیستم دارند و با تنظیم بعضی دیگر، میتوان سیستم را به درمان کامل (یعنی تنها سلولهای سالم) هدایت کرد. با تنظیم پارامترهای دیگر نیز میتوان سیستم را بهسوی تومور بدخیم سوق داد. پارامترهای مربوط به معادلة سیستم ایمنی، کمترین تأثیر را در دینامیک سیستم دارند. میتوان با توجه به این یافته گفت، که اعمال روش درمانی، بهطوریکه پارامترهای سیستم ایمنی را تغییر دهد، نقش کمی در درمان خواهد داشت؛ درحالیکه اعمال روش درمانی، بهنحوی که پارامترهای مربوط به سلولهای سالم را تغییر دهد، بیشترین تأثیر را دارد.
مدلسازی رایانهای زیستی / شبیهسازی رایانهای زیستی
سید حجت سبزپوشان؛ نیلوفر شهیدی؛ آزاده قجرجزی
دوره 9، شماره 4 ، بهمن 1394، ، صفحه 351-360
چکیده
نوسانات غیر طبیعی پتانسیل عمل (AP)، موجب بروز بیماریهای قلبی در سلول عضله بطنی میشود. نوعی از این نوسانات که بها صطلاح پس دیپولاریزاسیون زود هنگام () نامیده میشود، موضوع تحقیقات گستردهای در زمینه تشخیص و درمان بیماریهای قلبی است. امروزه اگر چه مدلهای سلول بطنی بسیاری ارایه شده است؛ اما ویژگیهای دینامیکی ...
بیشتر
نوسانات غیر طبیعی پتانسیل عمل (AP)، موجب بروز بیماریهای قلبی در سلول عضله بطنی میشود. نوعی از این نوسانات که بها صطلاح پس دیپولاریزاسیون زود هنگام () نامیده میشود، موضوع تحقیقات گستردهای در زمینه تشخیص و درمان بیماریهای قلبی است. امروزه اگر چه مدلهای سلول بطنی بسیاری ارایه شده است؛ اما ویژگیهای دینامیکی همچنان از مسایل ناشناختهای است که نیاز به تحقیقات بیشتری دارد. در این تحقیق با استفاده از تجزیه و تحلیل صفحه فاز یک مدل کمینه سلول بطنی، نشان خواهیم داد که وقوع میتواند ناشی از وقوع دوشاخگیهای هاف همبستر باشد. همچنین نشان خواهیم داد که در طی یک دوره قلبی (سیکل قلبی)، در گذر از یک حالت بدون به یک حالت با، شواهدی از وقوع پدیده آشوب وجود دارد. این یافته، بیانی نو برای رفتاری غیرطبیعی در عضله قلبی است و دینامیک را مطابق با یافتههای تجربی توضیح میدهد. اگرچه این تحقیق روی سلول عضله بطنی انجام شده است؛ اما نتایج بهدست آمده میتواند بر دیگر سیستمهای تحریکپذیر نیز تعمیم داده شود و وقوع نوسانات در اثر تغییر پارامترهای سیستم را پیشبینی کند.
پردازش سیگنالهای حیاتی
مینا همتیان؛ علی مالکی
دوره 9، شماره 2 ، مرداد 1394، ، صفحه 163-178
چکیده
قلب انسان سیستمی آشوبناک است؛ ازاینرو برای شناسایی انواع آریتمیهای قلبی از بعد فرکتال استفاده میشود. آریتمیهای قلبی یکی از شایعترین بیماریها هستند که شناسایی آنها بسیار مهم است. نمای هورست معیاری برای ارزیابی میزان آشوبناکی سیستمها و کمیسازی بعد فرکتال سیستمهای آشوبناک است، که با روش تحلیل دامنة بازمقیاس محاسبه ...
بیشتر
قلب انسان سیستمی آشوبناک است؛ ازاینرو برای شناسایی انواع آریتمیهای قلبی از بعد فرکتال استفاده میشود. آریتمیهای قلبی یکی از شایعترین بیماریها هستند که شناسایی آنها بسیار مهم است. نمای هورست معیاری برای ارزیابی میزان آشوبناکی سیستمها و کمیسازی بعد فرکتال سیستمهای آشوبناک است، که با روش تحلیل دامنة بازمقیاس محاسبه میشود. براساس مطالعات انجام شده، نمای هورست کلاسیک ویژگی مناسبی برای طبقهبندی آریتمیهای قلبی نیست؛ زیرا از یکسو، انتخاب و تعیین مقدار پارامترها بهشدت بر مقدار محاسبه شده برای نمای هورست تاثیر میگذارد و از سوی دیگر، این روش وابستگی بسیاری به نرخ ضربان قلب دارد. در این مقاله، شاخص هورست چندگانة اصلاح شده برای طبقهبندی آریتمیهای قلبی پیشنهادشده است که نسبت به نمای هورست کلاسیک، ویژگیهای مناسبتری برای طبقهبندی آریتمیهای قلبی فراهم میسازد و نسبت به تغییرات نرخ ضربان قلب نیز مقاوم است. بررسیهای انجام شده با استفاده از این روش روی 80 سیگنال، شامل ریتم نرمال و آریتمیهای انسداد دستة شاخة راست (RBBB)، انسداد دستة شاخة چپ (LBBB) و انقباض زودرس دهلیزی(APC) از پایگاه دادة MIT-BIH، توانسته است با استفاده از طبقهبندیکنندههای LDA ، نزدیکترین همسایه و شبکة عصبی بهترتیب به صحت طبقهبندی 75/88 %، 25/96 % و 100 % منجر شود.
بیوالکترومغناطیس
هدی توکلی؛ علی مطیع نصرآبادی؛ سید محمد فیروزآبادی؛ مهری کاویانی مقدم
دوره 6، شماره 2 ، شهریور 1391، ، صفحه 123-131
چکیده
در سالهای اخیر طبیعت به شدت تحت تأثیر طیف وسیعی از میدانهای مغناطیسی، قرار گرفته است؛ لذا همواره مطالعات گستردهای بمنظور بررسی آثار بیولوژیک این میدانها انجام میشود. آثاری نظیر مهار عملکرد سلول عصبی- که با شواهدی نظیر کاهش فرکانس یا کاهش دامنه پتانسیل عمل خود را نشان می دهد- نشان داده شده است. در توجیه و بررسی این آثار، اخیراً ...
بیشتر
در سالهای اخیر طبیعت به شدت تحت تأثیر طیف وسیعی از میدانهای مغناطیسی، قرار گرفته است؛ لذا همواره مطالعات گستردهای بمنظور بررسی آثار بیولوژیک این میدانها انجام میشود. آثاری نظیر مهار عملکرد سلول عصبی- که با شواهدی نظیر کاهش فرکانس یا کاهش دامنه پتانسیل عمل خود را نشان می دهد- نشان داده شده است. در توجیه و بررسی این آثار، اخیراً نظریه پنجرههای بیولوژیک مطرح شده و به آن توجه شده است. در تعدادی از تحقیقات به آثار پنجرهای دامنه و یا فرکانس میدانهای مغناطیسی اشاره میشود. از سوی دیگر با توجه به رفتار غیرخطی سلول عصبی- که میتواند با معادلات HHبیان شود- میتوان سلول عصبی را بعنوان سیستمی غیرخطی در نظر گرفت و تغییرات احتمالی دینامیک غیرخطی سلول را تحت تأثیر میدان مغناطیسیELF بررسی کرد . در این تحقیق از 6 شدت میدان بعنوان شدت میدانهای محیطی و در هر شدت میدان ، از 6 سلول عصبی حلزون باغی استفاده شده است و با محاسبه برخی ویژگیهای غیرخطی پتانسیل عمل سلول نظیر بعد هیگوچی سیگنال و رسم نگاشت بازگشتی، در طول زمان و در شدت میدانهای مختلف، مشاهده شد که برای همه شدتهای مورد بررسی، میدانهای مغناطیسی سبب افزایش بعد هیگوچی و همچنین افزایش میزان پراکندگی نگاشت بازگشتی ویژگی ISIاز پتانسیل عمل حلزون میشوند. این نتایج به معنای افزایش پیچیدگی سیستم و بعبارتی افزایش درجه آزادی سیستم تحت تأثیر میدانهای مغناطیسی است و البته این آثار در باند میانی شدتهای مورد آزمایش، بیشتر مشاهده میشود که مؤید اثر پنجرهای ذکر شده است.
پردازش سیگنالهای حیاتی
محمد رضا نوروزی؛ محمد جواد یزدان پناه
دوره 1، شماره 1 ، خرداد 1386، ، صفحه 53-62
چکیده
در این تحقیق، با استخراج خواص پدیده های آشوبگون و بررسی سه دسته سیگنال قلبی شامل سیگنال های طبیعی، تاکیکاردی بطنی و فیبریلاسیون بطنی مشاهده شد که این خواص به صورت مشخصی در سیگنال فیبریلاسیون بطنی وجود دارند. از یک شبکه عصبی پس انتشار خطا برای جدا سازی سیگنال فیبریلاسیون بطنی نسبت به دو نوع دیگر سیگنال قلبی استفاده گردید. شبکه در دو ...
بیشتر
در این تحقیق، با استخراج خواص پدیده های آشوبگون و بررسی سه دسته سیگنال قلبی شامل سیگنال های طبیعی، تاکیکاردی بطنی و فیبریلاسیون بطنی مشاهده شد که این خواص به صورت مشخصی در سیگنال فیبریلاسیون بطنی وجود دارند. از یک شبکه عصبی پس انتشار خطا برای جدا سازی سیگنال فیبریلاسیون بطنی نسبت به دو نوع دیگر سیگنال قلبی استفاده گردید. شبکه در دو حوزه زمان و فرکانس تحت آموزش قرار گرفته و نتایج نشان داد که در حالت عادی، استفاده از سیگنال های زمانی در مقایسه با طیف فرکانسی از قابلیت اعتماد بالایی برخوردار نیست. بر اساس یک ایده نو و با استفاده از تکنیک «داده های جایگزین» که در فرآیند های آشوبگون به کار می رود، بهبود چشمگیری در کارآیی شبکه در حوزه زمان به دست آمد. همچنین شبیه سازی ها نشان داد که دینامیک آشوبگون تولید کننده سیگنال فیبریلاسیون بطنی، یک دینامیک متغیر با زمان است.