مدل سازي عملكرد سلول عصبي تحت تابش ميدان الكترومغناطيسي

دكتري

رشد روز افزون دستگاه هاي مولد امواج الكترومغناطيسي در زندگي روزمره باعث بررسي تاثير امواج بر سلامت انسان شده است. از آن جايي كه سلول هاي عصبي انسان وظيفه ي انتقال سيگنال هاي عصبي را به عهده دارند و اين سيگنال ها به كمك انتشار يون ها ايجاد مي گردند، مي توان اين سلول ها را فصل مشترك بدن و ميدان هاي الكترومغناطيسي دانست. لذا در اين رساله به بررسي عملكرد سلول عصبي تحت تابش ميدان هاي الكترومغناطيسي پرداخته ايم. ابتدا روشي به منظور مدل كردن سه بعدي سلول عصبي در حضور هر نوع تحريك كننده ي جريان يا ولتاژ مستقيم يا غير مستقيم پيشنهاد كرده ايم. براي اين منظور از پتانسيل هاي اسكالر الكتريكي و پتانسيل برداري مغناطيسي استفاده شده است. مشخصات الكترومغناطيسي محيط، وابسته به زمان و ميدان الكتريكي در نظر گرفته شده است تا رفتار غير خطي غشاء قابل تحليل باشد. همچنين تاثير ميدان هاي مغناطيسي ساكن قوي بر سلول عصبي با در نظر گرفتن نيروي وارد بر يون هاي متحرك و نيروي مگنتوفورتيك بيان و تحليل شده است. پس از بيان مدل، چندين مثال براي اثبات اعتبار مدل به كمك تطبيق با مراجع، بيان شد. به اختصار مي توان گفت مدل هاي پيشين از ساختار سه بعدي سلول، بافت اطراف آن و ميدان مغناطيسي صرف نظر كرده اند، همچنين ميدان هاي الكتريكي را فقط در جهات خاص بررسي نموده اند؛ درحالي كه به كمك اين مدل مي توان هر ساختار سه بعدي از سلول را مد نظر گرفت و فعاليت سلول را در شرايط فيزيكي متفاوت تحليل نمود، ميدان ها و سيگنال هاي عصبي حاصل از فعاليت خود سلول را بدست آورد. انواع تحريك كننده ها را هم زمان با فعاليت سلول تحليل نمود و تاثير ميدان هاي الكترومغناطيسي ساكن و متغير با زمان را بر روي فعاليت سلول بررسي نمود. در ادامه يك كاربرد و دو طراحي به كمك اين مدل سازي بيان كرده ايم. كاربرد اول استخراج سيگنال هاي الكترومغناطيسي حاصل از فعاليت سلول هاي عصبي در سيستم عصبي است كه در تحليل هاي سيگنال هاي EEG و MEG كاربرد دارد. سپس يك ارتباط دهنده ي الكترومغناطيسي براي انتقال سيگنال از يك سلول عصبي آسيب ديده به سلول هاي سالم، طراحي و به صورت سه بعدي، شبيه سازي شده است. مشخصات لازم اتصال دهنده براي اتصال دو سلول عصبي كه تا فاصله 35 سانتي متري از هم قرار دارند، گزارش شده است. ساختار و جنس اين ارتباط دهنده به كمك پليمر هاي سازگار با بدن قابل ساخت هست. همچنين طراحي و نحوه ي پياده سازي يك سيستم الكترومغناطيسي براي ايجاد بي حسي در نخاع پيشنهاد و گزارش شده است، اين سيستم با طراحي آرايه اي از سيم پيچ ها، شكل زماني جريان منبع و لايه ي يكسو كننده ي ميدان محقق شد. در انتها، روش مرسوم خط انتقالي بررسي و بهبود داده شد. ابتدا با استفاده از معادله پيوستگي جريان روش هاي پيشين براي در نظر گرفتن تاثير ميدان هاي الكتريكي بررسي شد كه بطور مثال نشان داده شد روش راث و باسر در تحريك هاي با فركانس كمتر از 100 هرتز تا 50 درصد خطا ايجاد مي نمايند. سپس يك روش گسسته سازي سريع و پايدار براي شبيه سازي سلول هاي عصبي بيان كرده ايم. همچنين پاشندگي فركانسي محيط هاي بيولوژيك بررسي شد و نحوه ي وارد سازي اين مقوله در حوزه ي زمان، پيشنهاد شد. طبق نتايج به علت كاهش گذردهي محيط در فركانس هاي بالاتر ، در هنگام استفاده از محرك هاي با فركانس بالاتر از يك كيلوهرتز خطاي ايجاد شده در صورت عدم در استفاده از مدل، افزايش مي يابد.

190417

دانشگاه علم و صنعت ايران

مخابرات ميدان

دكتر علي عبدالعالي