مقاله کامل پژوهشی
فاطمه غفوری؛ محمدهادی هنرور؛ محمدمهدی جلیلی
دوره 14، شماره 1 ، اردیبهشت 1399، صفحه 1-11
چکیده
کمینه کردن مقدار انرژی مصرفی و وزن سازه در رباتهای راه روندهی دوپا اهمیت ویژهای دارد. در این پژوهش، به منظور برآورده کردن این دو خواسته، یک کنترل کنندهی غیرفعال متداول که از ترکیب فنر و میراگر خطی تشکیل شده به یک راه روندهی دوپا اضافه شده است. ویژگی مهم راه روندهی مورد بررسی، دارا بودن عضوی مستقل به عنوان کف پا در هر عضو حرکتی ...
بیشتر
کمینه کردن مقدار انرژی مصرفی و وزن سازه در رباتهای راه روندهی دوپا اهمیت ویژهای دارد. در این پژوهش، به منظور برآورده کردن این دو خواسته، یک کنترل کنندهی غیرفعال متداول که از ترکیب فنر و میراگر خطی تشکیل شده به یک راه روندهی دوپا اضافه شده است. ویژگی مهم راه روندهی مورد بررسی، دارا بودن عضوی مستقل به عنوان کف پا در هر عضو حرکتی بوده که بدون محرک به اندام مفصل شده و دارای تماس نقطهای با زمین است. نقطهی تماس روی این منحنی دلخواه متغیر است. برای کاهش پیچیدگیهای دینامیکی این سیستم از رویکرد جرم نقطهای استفاده شده است. در این پژوهش رفتار دینامیکی این راه روندهی کم تحریک، قبل و بعد از افزودن کنترل کننده مورد تحلیل قرار گرفته است. در گام اول، مدلی مبتنی بر جرم متمرکز توسعه یافته با اضافه نمودن دو منحنی محدب صلب به عنوان کف پا و مفصل لولایی غیرفعال به عنوان مچ پا ارائه شده است. برای ایجاد تغییر طول مورد نیاز پا در هنگام گامبرداری، از عامل دینامیکی فعال استفاده شده است. در مرحلهی بعد، کنترل کننده و یا عامل دینامیکی غیرفعال در کنار عامل دینامیکی فعال به کار گرفته شده تا از میزان دخالت عامل فعال در طول حرکت کاسته شود. برای به حداقل رساندن این میزان دخالت، بهینهسازی پارامترهای طراحی عامل دینامیکی غیرفعال به روش ازدحام ذرات انجام شده و مقدار بهینهی آنها به دست آمده است. نتایج نشان میدهد که با ترکیب عامل دینامیکی فعال و غیرفعال بهینه، مقدار مصرف انرژی بسیار کاهش پیدا کرده و در نتیجه میتوان از محرک فعال بسیار کوچکتر و با توان کمتر برای پیمودن مسیر مورد نظر استفاده نمود. همچنین استفاده از عامل دینامیکی غیرفعال در عمل کمک قابل توجهی به بهبود شرایط مکانیکی سازه از جمله ابعاد و وزن میکند و در مجموع سادگی استفاده برای کاربر را بهبود میبخشد.
مقاله کامل پژوهشی
پردازش سیگنالهای حیاتی
فرزانه داسار؛ مجید قشونی؛ قاسم صادقی بجستانی
دوره 14، شماره 1 ، اردیبهشت 1399، صفحه 13-22
چکیده
اوتیسم یک بیماری عصبی رشدی شامل اختلال در تعامل و ارتباطات اجتماعی و رفتار تکراری یا کلیشهای است. در تعدادی از کودکان مبتلا به اوتیسم (تندکار) میزان حساسیت به تحریکهای صوتی بسیار بیشتر از حد نرمال و در بعضی دیگر از این کودکان (کندکار) این حساسیت کمتر از حد نرمال است. هدف پژوهش حاضر ارائهی راهکاری برای ارزیابی سیستم شنیداری ...
بیشتر
اوتیسم یک بیماری عصبی رشدی شامل اختلال در تعامل و ارتباطات اجتماعی و رفتار تکراری یا کلیشهای است. در تعدادی از کودکان مبتلا به اوتیسم (تندکار) میزان حساسیت به تحریکهای صوتی بسیار بیشتر از حد نرمال و در بعضی دیگر از این کودکان (کندکار) این حساسیت کمتر از حد نرمال است. هدف پژوهش حاضر ارائهی راهکاری برای ارزیابی سیستم شنیداری کودکان تندکار وکندکار با استفاده از پتانسیلهای وابسته به رویداد مغزی (ERPs) است. سیگنال مغزی از 10 کودک مبتلا به اوتیسم (2 دختر) با میانگین سنی 7/7 سال و انحراف استاندارد 31/2 سال اخذ شده است. به منظور ثبت ERP، 2000 تحریک شنیداری بر اساس الگوی منفیگرایی عدم انطباق (MMN) برای شرکت کنندگان پخش شده است. این تحریکها شامل 1600 تحریک استاندارد با فرکانس 1000 هرتز، تحریک انحرافی با فرکانس 1300 هرتز و تحریک نویز با فرکانسهای 500، 1000، 1500 و 2000 هرتز میباشد. به منظور تحلیل دادهها، 18 ویژگی زمانی در هر سه نوع تحریک (استاندارد، انحرافی و نویز) از مولفههای ERP استخراج شده و در نهایت ویژگیهای معنیدار برگزیده شده است. بر اساس نتایج حاصل از تحریکهای انحرافی، افزایش معنیداری در مجموع ناحیهی مثبت کانال Pz (028/0=p) در گروه تندکار نسبت به گروه کندکار مشاهده شده است. همچنین در تحریکهای نویز، افزایش معنیداری در مجموع ناحیهی مثبت کانال C4 (028/0=p) و مجموع ناحیهی مثبت کانال Pz (009/0=p) در گروه کندکار نسبت به گروه تندکار مشاهده شده است. در نتیجه در کودکان مبتلا به اوتیسم تندکار، هنگام مواجهه با صداهای انحرافی، فعالیت نورونی در ناحیهی آهیانهای افزایش یافته، اما در کودکان مبتلا به اوتیسم کندکار، هنگام مواجهه با صداهای نویز، افزایش فعالیت نورونی در نواحی مرکزی و آهیانهای رخ داده است. بنابراین روش ارائه شده در این مقاله در ارزیابی کودکان طیف اوتیسم از نظر میزان حساسیت به حس شنوایی سودمند است.
مقاله کامل پژوهشی
بیومکانیک
هادی تقیزاده
دوره 14، شماره 1 ، اردیبهشت 1399، صفحه 23-30
چکیده
در دهههای اخیر، تعیین رفتار مکانیکی بافتهای بسیار نرم به عنوان یک موضوع مورد علاقه و چالش برانگیز در بیومکانیک مطرح شده است. چنین بافتهایی عملکرد مکانیکی مشخصی ندارند اما مشخصهیابی مکانیکی آنها از جنبهی طراحی تجهیزات ایمنی، شناسایی الگوهای پیشرفت بیماریها و سرطان از اهمیت بالایی برخوردار است. بافت کبد یکی از ارگانهای ...
بیشتر
در دهههای اخیر، تعیین رفتار مکانیکی بافتهای بسیار نرم به عنوان یک موضوع مورد علاقه و چالش برانگیز در بیومکانیک مطرح شده است. چنین بافتهایی عملکرد مکانیکی مشخصی ندارند اما مشخصهیابی مکانیکی آنها از جنبهی طراحی تجهیزات ایمنی، شناسایی الگوهای پیشرفت بیماریها و سرطان از اهمیت بالایی برخوردار است. بافت کبد یکی از ارگانهای حیاتی بدن است که دارای ساختاری متخلخل و پاره شونده بوده و در بسیاری از سوانح رانندگی و نیز در عملهای جراحی حداقل تهاجم در معرض آسیب مکانیکی قرار دارد. در پژوهش حاضر، تستهای کششی تکمحوره روی نمونههای کبد گاوی انجام شده است. سپس مدل الاستیک خطی به نتایج حاصل از تست اعمال شده و با اعمال روش تصحیح بریجمن به نتایج، تخمین دقیقتری از تنش در ناحیهی گلوییشدگی بافت به دست آمده است. در طول تست برای به دست آوردن پارامترهای هندسی (شعاع انحنا و کمترین سطح مقطع نمونه) در ناحیهی گلویی، یک رابط کاربری نرمافزاری در محیط فرترن ایجاد شده است. شایان ذکر است که عدم انفصال نمونه از فکهای دستگاه تست نیز در تصاویر حاصل از نمونه در طول آزمایش، کنترل شده است. بر اساس آزمایشها و روش تصحیح به کار گرفته شده، مدول الاستیک کبد برابر با 62/1±51/15 کیلوپاسکال به دست آمده است. با توجه به اعداد بسیار متفاوت گزارش شده برای مدول الاستیک کبد، تاثیر قطر نمونه روی مدول الاستیک مورد بررسی قرار گرفته است. قطر مقطع نمونهها بین 5/2 تا ۲۰ میلیمتر تغییر داده شده و مشاهده شده است که مدول الاستیک و قطر نمونه در بخشی از محدودهی آزمایش رابطهی معکوس دارند. این پدیده را میتوان به نزدیکی اندازهی نمونه به واحدهای ریزساختاری کبد (لوبلها) نسبت داد. بنابراین نمونههای نزدیک به ابعاد لوبل، نمیتوانند المان نمایندهی مناسبی برای بافت کبد به شمار آیند و برای به دست آوردن نتایج درست، قطر مقطع نمونه باید بیش از سه برابر ابعاد لوبل باشد.
مقاله کامل پژوهشی
پردازش تصاویر پزشکی
امیرحسین چالهچاله؛ علی خادم
دوره 14، شماره 1 ، اردیبهشت 1399، صفحه 31-42
چکیده
تشخیص به موقع و صحیح اختلال دوقطبی (BD) و متعاقب آن انجام فرایندهای درمانی، برای جلوگیری از پیشرفت و وخیم شدن این بیماری ضروری است. اگر چه استفاده از دادههای مبتنی بر تصویربرداری تشدید مغناطیسی عملکردی در حال استراحت (rs-fMRI) و ویژگیهای استخراج شده از آنها ممکن است نقش موثری در تشخیص اختلال دوقطبی داشته باشد، اما تا کنون تحقیقات ...
بیشتر
تشخیص به موقع و صحیح اختلال دوقطبی (BD) و متعاقب آن انجام فرایندهای درمانی، برای جلوگیری از پیشرفت و وخیم شدن این بیماری ضروری است. اگر چه استفاده از دادههای مبتنی بر تصویربرداری تشدید مغناطیسی عملکردی در حال استراحت (rs-fMRI) و ویژگیهای استخراج شده از آنها ممکن است نقش موثری در تشخیص اختلال دوقطبی داشته باشد، اما تا کنون تحقیقات اندکی روی تشخیص افراد مبتلا به BD به کمک rs-fMRI صورت گرفته و نتایج به دست آمده نیز از صحت بالایی برخوردار نبوده است. در این تحقیق یک روش جدید مبتنی بر ارتباطات عملکردی برای تشخیص BD I ارائه شده است. برای این منظور با استفاده از ارتباطات عملکردی بر پایهی دانه، چهار ناحیهی PCC، dlPFC، amygdala و sgACC به ترتیب به عنوان نمایندههای شبکهی DMN، FPN و SN در نظر گرفته شده تا ارتباطات عملکردی میان آنها و سایر نواحی مغز محاسبه گردد. پس از محاسبهی ارتباطات عملکردی برای هر فرد، با استفاده از آستانهگذاری مقدار t ویژگیهای مفیدتر انتخاب شده و سپس با یک ماشین بردار پشتیبان (SVM) و روش اعتبارسنجی متقابل LOOCV و تنها با استفاده از چهار ویژگی ترکیبی، طبقهبندی افراد سالم و افراد دارای اختلال BD I انجام شده است. نتایج روش پیشنهادی روی دادههای rs-fMRI مربوط به 49 فرد سالم و 34 فرد مبتلا به BD I مورد استفاده قرار گرفته و صحت طبقهبندی بیش از 90% حاصل شده است. همچنین در بررسی ارتباطات عملکردی بین چهار ناحیهی مذکور و سایر نواحی مغز در افراد مبتلا به BD I نسبت به افراد سالم کاهش معنیداری در ارتباطات مشاهده شده است. ناحیههای Ag و OFC (با دانهی PCC)، ACC (با دانههای dlPFC و amygdala) و ITG (با دانهی sgACC) در افراد دارای اختلال بیشترین افت ارتباطات عملکردی را با چهار ناحیهی مذکور داشتهاند که این نتایج با نتایج تحقیقات پیشین در این زمینه سازگار میباشد.
مقاله کامل پژوهشی
داربست در مهندسی بافت / داربست زیستی
سیده سارا کمالی؛ هانیه عبدی کردلر؛ مریم سعادتمند؛ شهره مشایخان
دوره 14، شماره 1 ، اردیبهشت 1399، صفحه 43-53
چکیده
کشت موفقیتآمیز سلول در داربستهای سهبعدی با سایز بزرگ یکی از چالشهای مهم در مهندسی بافت بوده و نیازمند کنترل محیط از نظر خواص فیزیکی، شیمیایی و مکانیکی است. اخیرا استفاده از چاپگرها جهت ساخت داربستهای سهبعدی با استفاده از آرایش ساختاری فیبرها بسیار توسعه یافته است، چرا که امکان مشخص کردن طرح ساختاری هندسهی داربست قبل ...
بیشتر
کشت موفقیتآمیز سلول در داربستهای سهبعدی با سایز بزرگ یکی از چالشهای مهم در مهندسی بافت بوده و نیازمند کنترل محیط از نظر خواص فیزیکی، شیمیایی و مکانیکی است. اخیرا استفاده از چاپگرها جهت ساخت داربستهای سهبعدی با استفاده از آرایش ساختاری فیبرها بسیار توسعه یافته است، چرا که امکان مشخص کردن طرح ساختاری هندسهی داربست قبل از ساخت را فراهم میسازد. هدف این مطالعه، آنالیز و بررسی پارامترهای موثر هندسی داربست سهبعدی متخلخل از نظر انتقال جرم و مومنتوم بوده که در این راستا برای حل معادلات انتقال مومنتوم و جرم از نرمافزار کامسول استفاده شده است. در داربستهای سهبعدی، ساختاری بهینه است که محیط مناسبتری را برای سلولهای کشت شده فراهم سازد تا تعداد سلولهای قرار گرفته در داربست افزایش یابد. غلظت اکسیژنی که به سلولهای استخوان میرسد باید بیشتر از 02/0 مولبرمترمکعب باشد تا سلولها دچار مرگ نشوند. نکتهی مهم دیگر این است که تنش برشی وارد بر سلولها از طرف جریان سیال باید به حدی باشد (بین 5-10 تا 3-10 پاسکال) که سلولها از سطح داربست کنده و جدا نشوند. پس از تغییر پارامترهای هندسی مختلف مانند قطر و فاصلهی فیبرها و عرض عبور سیال از بین فیبرها و بررسی نتایج حاصل از شبیهسازی، ساختار مناسب از نظر حداکثر تنش برشی وارد بر سلولها و حداقل غلظت اکسیژن به دست آمده و سپس تاثیر سرعت سیال ووردی بر حداکثر تنش برشی در این ساختار مناسب بررسی شده است. در این ساختار بهینه، قطر فیبرها برابر با 25/0 میلیمتر، فاصلهی بین فیبرها برابر با 25/0 میلیمتر و عرض عبور سیال برابر با 25/0 میلیمتر بوده و سرعت ورود سیال برابر با 5-10×5 متربرثانیه میباشد.
مقاله کامل پژوهشی
مدلسازی رایانهای زیستی / شبیهسازی رایانهای زیستی
سجاد شفیعخانی؛ امین مشایخی شمس؛ سید یاشار بنیهاشم؛ نعمتالله غیبی؛ امیرهمایون جعفری
دوره 14، شماره 1 ، اردیبهشت 1399، صفحه 55-67
چکیده
طبق آمارهای جهانی، تا سال 2040 میلادی هر ساله 5/27 میلیون نفر به بیماری سرطان مبتلا خواهند شد، از این رو شناخت و درک عمیقتر مکانیسم عملکرد سرطان و پاسخ سیستم ایمنی به آن بسیار ضروری میباشد. امروزه از مدلهای محاسباتی به طور گسترده برای دستیابی به دینامیکهای سیستم ایمنی-سرطان استفاده میشود. مدل مورد استفاده در این مطالعه ...
بیشتر
طبق آمارهای جهانی، تا سال 2040 میلادی هر ساله 5/27 میلیون نفر به بیماری سرطان مبتلا خواهند شد، از این رو شناخت و درک عمیقتر مکانیسم عملکرد سرطان و پاسخ سیستم ایمنی به آن بسیار ضروری میباشد. امروزه از مدلهای محاسباتی به طور گسترده برای دستیابی به دینامیکهای سیستم ایمنی-سرطان استفاده میشود. مدل مورد استفاده در این مطالعه بر مبنای معادلات دیفرانسیل معمولی بوده و به طور مکانیکی تعاملات بین سلولهای تومور، CTL، NK و MDSC را مدل میکند. سلولهای CTL و NK مهمترین سلولهای سیستم ایمنی تطبیقی و ذاتی در تقابل با سلولهای تومور هستند در حالی که سلولهای MDSC به عنوان سلولهای نابالغ سیستم ایمنی در محیط التهابی به سرکوب پاسخ ایمنی میپردازند. در پارامترهای کینتیک مدلهای محاسباتی، به دلیل خطا در اندازهگیری دادههای آزمایشگاهی in vivo و in vitro، ابهام، اطلاعات غیردقیق، دادههای ناکامل و تغییرات سیستم ایمنی-سرطان افراد و ویژگیهای دینامیک سیستم ایمنی-سرطان، عدم قطعیت وجود دارد که با استفاده از تئوری فازی میتوان آن را مدلسازی کرد. از این رو در مدل سیستم ایمنی-سرطان مورد استفاده در این مطالعه، به برخی از پارامترهای کینتیک مدل، به جای اختصاص یک عدد قطعی، یک عدد فازی با تابع تعلق مثلثی اختصاص داده شده و اثر عدم قطعیت موجود در پارامترهای کینتیک مدل معادلات دیفرانسیل معمولی بر عدم قطعیت دینامیک اجزای سیستم مورد بررسی قرار گرفته است. در این مطالعه برای اولین بار از عدد فازی برای مدلسازی عدم قطعیت موجود در پارامترهای مدل ODE استفاده شده است. نتایج شبیهسازی نشان میدهد که افزایش/کاهش باند عدم قطعیت پارامترهای کینتیک مدل سبب افزایش/کاهش در باند عدم قطعیت دینامیک سلولها میشود. همچنین نتایج شبیهسازی با فرض پارامترهای قطعی و فازی برای مدل نشان میدهد که تکرار درمان 5-FU باعث میشود تا تومور به طور چشمگیری سرکوب و نابود شود.
مقاله کامل پژوهشی
علوم اعصاب محاسباتی
ناصر صادقنژاد؛ مهدی ازوجی؛ رضا ابراهیمپور
دوره 14، شماره 1 ، اردیبهشت 1399، صفحه 69-79
چکیده
یکی از اصلیترین تواناییهای شناختی انسان و جانوران، بازشناسی اشیا است. سامانهی بینایی انسان به عنوان یک سامانهی سریع و دقیق میتواند منبع الهام مناسبی برای ارائهی مدلهای محاسباتی بازشناسی اشیا باشد. پژوهشهای پیشین که به بررسی رفتار سامانهی بینایی انسان در بازشناسی اشیا پرداختهاند، بر پردازش طی گامهای ...
بیشتر
یکی از اصلیترین تواناییهای شناختی انسان و جانوران، بازشناسی اشیا است. سامانهی بینایی انسان به عنوان یک سامانهی سریع و دقیق میتواند منبع الهام مناسبی برای ارائهی مدلهای محاسباتی بازشناسی اشیا باشد. پژوهشهای پیشین که به بررسی رفتار سامانهی بینایی انسان در بازشناسی اشیا پرداختهاند، بر پردازش طی گامهای زمانی در این سامانه تاکید کردهاند، در حالی که در مدلهای محاسباتی موجود برای بازشناسی اشیا، چنین چیزی مورد توجه قرار نمیگیرد. در این مقاله سعی شده است تا یک مدل چندلایهی مبتنی بر زمان برای بازشناسی اشیا ارائه شود. در لایهی نخست مدل، اطلاعات تصویر ورودی در یک بازنمایی زمانی به لایههای بعدی ارسال میشود. در لایهی میانی مدل، از یک شبکهی عصبی عمیق به عنوان استخراج کنندهی ویژگی استفاده شده است. در پایان، برخلاف مدلهای محاسباتی موجود برای بازشناسی اشیا، پیشنهاد شده است که برای طبقهبندی ویژگیهای استخراج شده از مدلهای تصمیمگیری مبتنی بر سازوکار نورونی تصمیمگیری در مغز مانند مدل رانشی-انتشار استفاده شود. به بیان دیگر، در هر یک از این سه لایه تلاش شده است تا تطبیق مناسبی با سازوکار سامانهی بینایی انسان ایجاد شود. برای ارزیابی کارایی مدل محاسباتی پیشنهادی در بازشناسی اشیا، آزمونهای متعددی انجام شده است. نتایج به دست آمده از بررسی مدل پیشنهادی نشان میدهد که با دشوارتر شدن تصاویر، افزودن نویز یا بروز انسداد، کارایی مدل در بازشناسی اشیا کاهش یافته و زمان پاسخدهی آن افزایش مییابد که این روند با شواهد رفتاری انسانی مطابقت دارد. همچنین عملکرد مدل برای تشخیص شی و طبقهبندی سطح پایه در دو حالت تصاویر اصلی و تصاویر وارونه بررسی شده است. نتایج به دست آمده گویای تفاوت بین پردازش تشخیص شی با طبقهبندی سطح پایه است که این نتایج با آزمایشهای رفتاری گزارش شده در مقالههای مرجع همخوانی دارد.