Sinir Hücresi Nasıl Fark Edilmiş? eCell.jpg/512px-PurkinjeCell.jpg Ramon y Cajal ( )

Ramon y Cajal’ın Sinir Hücresi için belirtiği ilkeler Sinir Hücresi Doktrini Sinir hücreleri, sinir sisteminin işaret üreten temel birimleridir. Her sinir hücresi ayrık bir hücredir ve işlevleri hücre gövdesinde oluşur. Dinamik Kutuplama İlkesi Sinir hücresinde elektriksel işaret fark edilebilir bir yönde oluşur ve sadece o yönde hareket eder. Bağlantı İlkesi Sinir hücreleri arasında sitoplasmic bir süreklilik yoktur, hatta hücreler arasındaki bağlantıda bile bağlantı öncesi (presynaptic) hücre ile bağlantı sonrası (postsynaptic) hücre birbirinden ayrıktır. Sinir hücreleri gelişigüzel şekilde birbirleri ile haberleşmezler. Her hücre hedefindeki belli hücreler ile belirlenmiş bağlantı noktalarında etkileşir.

Sinir Hücresi E.R. Kandel, J.H.Schwartz, T.M. Jessell, Essentials of Neural Science and Behavior,1995 A.L. Hodgkin, A.F.Huxley,B.Katz, “Measurement of Current-Voltage Relations in the Membrane of Giant Axon of Loligo, J. Physiol, 1952

Bir Sinir Hücresinde Neler Olup Bitiyor? E.R. Kandel, J.H.Schwartz, T.M. Jessell, Essentials of Neural Science and Behavior,1995

Bir Sinir Hücresinde Elektriksel İşaret Nasıl Oluşuyor? Sinir hücresinde oluşan akım iyon (yükün) kanalları ile kontrol edilmektedir.

Bu davranışları yansıtan bir model: Hodgkin-Huxley Sinir Hücresi Modeli Potasyuma ilişkin harekete geçirme kapısı Sodyuma ilişkin harekete geçirme kapısı Sodyuma ilişkin harekete geçirmeme kapısı

İon Akımları Harekete geçirmeme kapısının açık durumda olma olasılığı Harekete geçirme kapısının açık durumda olma olasılığı Tamamen harekete geçirme (activated) Hiç harekete geçmeme (deactivated) Hiç harekete geçirmeme (deinactivated) Tamamen harekete geçirmeme (inactivated)

Çözümlerine bakalım: Bu ne olabilir? h sonsuz n sonsuz m sonsuz Cem Yücelgen, Rapor1, 2011

Vuru üretmeyen bir uyaran uygulandığında Durum portresi Cem Yücelgen, Rapor1, 2011

Farklı Genliklerde Basamak Girişi İle Uyarılması Durumu I=10uA için; Cem Yücelgen, Rapor1, 2011

I=20uA için; Durum Portresi Cem Yücelgen, Rapor1, 2011

I=80uA olursa; I=160uA olursa; Cem Yücelgen, Rapor1, 2011

Bastırıcı I 1 uyaranın ΔI basamağı ile I 2 =0 uA ve daha büyük uyarıcı girişlere atlatılması durumu (Postinhibitory Rebound): I 1 =-4uA ve ΔI=4uA için; Cem Yücelgen, Rapor1, 2011

Durum portreleri Cem Yücelgen, Rapor1, 2011

Başka Sinir Hücresi Modelleri Var mı? Farklı amaçlar ve farklı uygulamalar için geliştirilmiş çok fazla hücre modeli var. Davranışı modelleme için geliştirilenler Fonksiyonel amaçlar için geliştirilenler Sinirbilim, biliş bilim gibi disiplinlerde modelleme amacıyla kullanılırlar Mühendislik uygulamalarında, öğrenmeyi içerecek şekilde, değişik süreçleri modelleme amacıyla kullanılırlar.

Önce bütünleştir ve ateşle (integrate and fire) modeline bakalım Kaçak akımı I L ve denge durumunda tamamen hiç harekete geçmeme (deactivated) durumunda olan gerilim –kapılı akımlara sahip nöron davranışını modelemek için önerilmiştir. Eşik altı davranışı lineer denklem ile ifade edilir. Bu ifadenin anlamı ne? E.M. Izhikevich, “Dynamical Systems in Neuroscience”, MIT Press, 2007

Sonra yankılaşım ve ateşle (resonate and fire) modeline bakalım E.M. Izhikevich, “Dynamical Systems in Neuroscience”, MIT Press, 2007

Daha sonra kuadratik topla ve ateşle (quadratic resonate and fire) modeli 2. Ders 5. yansı E.M. Izhikevich, “Dynamical Systems in Neuroscience”, MIT Press, 2007

Izhikevich Sinir Hücresi Modeli Zar potansiyeli Geri alma akımı (recovery current) Denklemler yeniden düzenlenirse Bu parametreler yankılaştırım veya bütünleyici davranışını belirler. Bu parametrelerde vuru sonrası geçici davranışı belirler. Denge durumundaki zar potansiyeli Ani eşik potansiyeli u değişkeni b>0 ise yankılaşım, b<0 ise artırıcı davranışı gösterir.

Izhikevich Sinir Hücresi Modeli Zar potansiyeli Geri alma akımı (recovery current) E.M. Izhikevich, “Dynamical Systems in Neuroscience”, MIT Press, 2007

Izhikevich Sinir Hücresinin davranışı Deneysel sonuçModelden elde edilen sonuç E.M. Izhikevich, “Dynamical Systems in Neuroscience”, MIT Press, 2007