📄Работа №47242
Тема: КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СПОНТАННОЙ АКТИВНОСТИ В БИОЛОГИЧЕСКИХ НЕЙРОНАХ
Характеристики работы
Тип работы
Магистерская диссертация
Предмет
Информационные системы
Объем:
41 листов
Год:
2018
Просмотров:
150
4960
руб.
🛒 Купить работу
Не подходит эта работа?
Закажите новую по вашим требованиям
Узнать цену на написание
Закажите новую по вашим требованиям
Представленный материал является образцом учебного исследования, примером структуры и содержания учебного исследования по заявленной теме. Размещён исключительно в информационных и ознакомительных целях.
Workspay.ru оказывает информационные услуги по сбору, обработке и структурированию материалов в соответствии с требованиями заказчика.
Размещение материала не означает публикацию произведения впервые и не предполагает передачу исключительных авторских прав третьим лицам.
Материал не предназначен для дословной сдачи в образовательные организации и требует самостоятельной переработки с соблюдением законодательства Российской Федерации об авторском праве и принципов академической добросовестности.
Авторские права на исходные материалы принадлежат их законным правообладателям. В случае возникновения вопросов, связанных с размещённым материалом, просим направить обращение через форму обратной связи.
Настоящий учебно-методический информационный материал размещён в ознакомительных и исследовательских целях и представляет собой пример учебного исследования. Не является готовым научным трудом и требует самостоятельной переработки.
📋 Содержание
ВВЕДЕНИЕ 3
1. МОДЕЛЬ ХОДЖКИНА-ХАКСЛИ 5
1.1. Процесс генерации потенциала действия 7
1.2. Распространение потенциала действия вдоль аксона 14
2. КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СПОНТАННОЙ АКТИВНОСТИ
В БИОЛОГИЧЕСКИХ НЕЙРОНАХ 17
2.1. Реализация приложения 17
2.2. Описание работы приложения 22
3. АНАЛИЗ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ 24
3.1. Схема возникновения потенциала действия 24
3.2. Моделирование процесса возникновения потенциала действия 27
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 32
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 34
ПРИЛОЖЕНИЕ
1. МОДЕЛЬ ХОДЖКИНА-ХАКСЛИ 5
1.1. Процесс генерации потенциала действия 7
1.2. Распространение потенциала действия вдоль аксона 14
2. КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СПОНТАННОЙ АКТИВНОСТИ
В БИОЛОГИЧЕСКИХ НЕЙРОНАХ 17
2.1. Реализация приложения 17
2.2. Описание работы приложения 22
3. АНАЛИЗ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ 24
3.1. Схема возникновения потенциала действия 24
3.2. Моделирование процесса возникновения потенциала действия 27
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 32
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 34
ПРИЛОЖЕНИЕ
📖 Введение
Компьютерное моделирование позволяет объединить знания нейробиологии и возможности вычислительной техники и построить комплексное изучение процессов, протекающих в нервных клетках.
Такое изучение дает возможность:
- разрабатывать новые методы лечения нейрологических заболеваний, например, эпилепсии;
- разрабатывать новые технологии, например, нейропротезирование;
- разрабатывать технологий машинного обучения.
Описание самих процессов, протекающих в нервных клетках, и их математическое представление было дано в 1952 году.
Алан Ходжкин и Эндрю Хаксли описали модель генерации и передачи электрических импульсов в аксонах кальмаров. Открытие заключалось в том, что они объяснили с помощью эксперимента и математической модели, что генерация нервного импульса осуществляется за счет изменения концентрации ионов натрия и калия, проходящих через мембраны ионов [1]. Впоследствии оказалось, что данный механизм универсален для нейронов многих животных, включая человека.
Явление распространения нервного импульса было объяснено следующим образом: если между двумя точками существует ненулевая разность потенциалов, то вдоль мембраны возникает ток, подчиняющийся закону Ома. Ток направлен от точки с более высоким потенциалом действия к точке с более низким потенциалом действия. Вследствие этого потенциал на участках, прилегающих к области генерации спайка, растет и достигает порогового значения. В результате чего эти участки сами генерируют потенциалы действия. Таким образом, процесс распространяется вдоль аксона [4].
Целью данной работы было компьютерное моделирование спонтанной активности в биологических нейронах.
Для достижения цели необходимо было выполнить следующие задачи:
1. изучить модель Ходжкина-Хаксли генерации и передачи нервных импульсов в нейронах;
2. разработать приложение, моделирующее объемную модель нейрона в трехмерном пространстве;
3. реализовать взаимодействие пользователя с 36-моделью нейрона;
4. пронаблюдать генерацию и распространение спонтанного нервного импульса в аксонах нейрона;
5. систематизировать данные о процессах, протекающих в нервной клетке.
Такое изучение дает возможность:
- разрабатывать новые методы лечения нейрологических заболеваний, например, эпилепсии;
- разрабатывать новые технологии, например, нейропротезирование;
- разрабатывать технологий машинного обучения.
Описание самих процессов, протекающих в нервных клетках, и их математическое представление было дано в 1952 году.
Алан Ходжкин и Эндрю Хаксли описали модель генерации и передачи электрических импульсов в аксонах кальмаров. Открытие заключалось в том, что они объяснили с помощью эксперимента и математической модели, что генерация нервного импульса осуществляется за счет изменения концентрации ионов натрия и калия, проходящих через мембраны ионов [1]. Впоследствии оказалось, что данный механизм универсален для нейронов многих животных, включая человека.
Явление распространения нервного импульса было объяснено следующим образом: если между двумя точками существует ненулевая разность потенциалов, то вдоль мембраны возникает ток, подчиняющийся закону Ома. Ток направлен от точки с более высоким потенциалом действия к точке с более низким потенциалом действия. Вследствие этого потенциал на участках, прилегающих к области генерации спайка, растет и достигает порогового значения. В результате чего эти участки сами генерируют потенциалы действия. Таким образом, процесс распространяется вдоль аксона [4].
Целью данной работы было компьютерное моделирование спонтанной активности в биологических нейронах.
Для достижения цели необходимо было выполнить следующие задачи:
1. изучить модель Ходжкина-Хаксли генерации и передачи нервных импульсов в нейронах;
2. разработать приложение, моделирующее объемную модель нейрона в трехмерном пространстве;
3. реализовать взаимодействие пользователя с 36-моделью нейрона;
4. пронаблюдать генерацию и распространение спонтанного нервного импульса в аксонах нейрона;
5. систематизировать данные о процессах, протекающих в нервной клетке.
✅ Заключение
Что происходит с мозгом во время приступа эпилепсии?
Нужно представить человека, находящегося на концерте. Изначально все люди будут аплодировать в разном ритме, позднее неосознанно начнут аплодировать в одном общем ритме. В такой момент отдельно взятому человеку тяжело придерживаться своего ритма.
Тоже самое происходит в мозге человека во время приступа эпилепсии. Нейроны мозга сильно синхронизируются и начинают генерировать сигналы с одинаковой частотой. Затрагиваются целые области мозга, включая ту, что отвечает за движение. В этот момент начинается приступ эпилепсии.
Одним из методов лечения приступа является удаление участка мозга, в котором он зарождается. Изучение генерации и передачи нервных импульсов в нейронах, компьютерное моделирование нейронов мозга, систематизирование данных о процессах, протекающих в нервной клетке, дает возможность предложить другие эффективные и не такие радикальные методы лечения таких неврологических заболеваний, как эпилепсия, болезнь Паркинсона и др.
В данной работе удалось решить следующие задачи:
1. изучить модель Ходжкина-Хаксли генерации и передачи нервных импульсов в нейронах;
2. разработать приложение, моделирующее объемную модель нейрона в трехмерном пространстве;
3. реализовать взаимодействие пользователя с 36-моделью нейрона;
4. пронаблюдать генерацию и распространение спонтанного нервного импульса в аксонах нейрона;
5. систематизировать данные о процессах, протекающих в нервной клетке.
Огромное значение здесь имеет математическое моделирование, как метод косвенного исследования. Оно помогает понять, какие процессы могут происходить в нейронах, с целью последующего обнаружения этих явлений экспериментально.
Нужно представить человека, находящегося на концерте. Изначально все люди будут аплодировать в разном ритме, позднее неосознанно начнут аплодировать в одном общем ритме. В такой момент отдельно взятому человеку тяжело придерживаться своего ритма.
Тоже самое происходит в мозге человека во время приступа эпилепсии. Нейроны мозга сильно синхронизируются и начинают генерировать сигналы с одинаковой частотой. Затрагиваются целые области мозга, включая ту, что отвечает за движение. В этот момент начинается приступ эпилепсии.
Одним из методов лечения приступа является удаление участка мозга, в котором он зарождается. Изучение генерации и передачи нервных импульсов в нейронах, компьютерное моделирование нейронов мозга, систематизирование данных о процессах, протекающих в нервной клетке, дает возможность предложить другие эффективные и не такие радикальные методы лечения таких неврологических заболеваний, как эпилепсия, болезнь Паркинсона и др.
В данной работе удалось решить следующие задачи:
1. изучить модель Ходжкина-Хаксли генерации и передачи нервных импульсов в нейронах;
2. разработать приложение, моделирующее объемную модель нейрона в трехмерном пространстве;
3. реализовать взаимодействие пользователя с 36-моделью нейрона;
4. пронаблюдать генерацию и распространение спонтанного нервного импульса в аксонах нейрона;
5. систематизировать данные о процессах, протекающих в нервной клетке.
Огромное значение здесь имеет математическое моделирование, как метод косвенного исследования. Оно помогает понять, какие процессы могут происходить в нейронах, с целью последующего обнаружения этих явлений экспериментально.
ИЛИ
Поиск аналога
📕 Список литературы
🛒 Оформить заказ
⚡ Работу высылаем в течении 5 минут после оплаты.