Biyolojik Nöron Modellerinin Elektronik Donanımlarının İncelenmesi

Tez Türü: Yüksek Lisans

Tezin Yürütüldüğü Kurum: Kayseri Üniversitesi, Mühendislik, Mimarlık ve Tasarım Fakültesi, Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü, Türkiye

Tez Danışmanı: Recai Kılıç

Tezin Onay Tarihi: 2012

Tezin Dili: Türkçe

Desteklendiği Program: Diğer

Özet:

Nöronların davranışlarını, fizyolojik yapılarını ve bilgi transfer mekanizmalarını etkileyen parametrelerin değişimlerinin incelenmesi veya nöronlar arasındaki etkileşimlerin canlı vücudu dışında ele alınması amacıyla literatürde farklı biyolojik nöron modelleri yer almıştır. Hodgkin-Huxley, FitzHugh-Nagumo, Morris-Lecar, Hindmarsh-Rose, ve Izhikevich Nöron Modeli gibi modeller bunlardan bazılarıdır. Biyolojik nöron modellerinin aktiviteleri simülasyon araçları ya da deneysel düzeneklerden yararlanılarak test edilmektedir. Bu modellerin simülasyon incelemeleri nöral özellikleri yansıtırken, donanım gerçekleştirimleri hem bu özellikleri yansıtmakta hem de elde edilen gerçek zamanlı işaretler robotik uygulamalar ve CPG (Central Pattern Generator) gibi çalışmalarda kullanılmaktadır. Bu sebeple biyolojik nöron modellerini en doğru şekilde, az sayıda eleman kullanarak ve hassas parametre ayarı yapacak şekilde gerçeklemek önemlidir. Bu tez çalışmasında nöronların ve nöral yapıların literatürde mevcut olan donanım gerçekleştirimlerinin incelenmesi, nümerik benzetim programları aracılığıyla modellerin test edilmesi, analog ve dijital programlanabilir elemanlar kullanılarak alternatif gerçekleştirimlerin ortaya konulması amaçlanmıştır. Bu kapsamda, literatürde sıkça çalışılan biyolojik nöron modelleri nümerik olarak analiz edilmiştir. Modellerin daha önce önerilen donanım çalışmaları incelenmiştir. FitzHughNagumo, Izhikevich, Hindmarsh-Rose Nöron Modelleri, literatürde bulunan çalışmalara bir alternatif olması açısından FPAA (Field Pragrammable Analog Array) ve FPGA (Field Programmable Gate Array) elemanları ile programlanabilir olarak gerçeklenmiştir. Programlanabilirlik ve yeniden yapılandırılabilirlik özellikleriyle FPAA ve FPGA elemanları tasarımların karmaşıklığını azaltan esnek tasarım özellikleri, gerçek zamanlı modifikasyon, yazılımla kontrol gibi kolaylıklar sunmaktadır. Biyolojik nöron modellerinin FPAA ve FPGA tabanlıvii gerçekleştirimlerinin ardından; nöronların senkronizasyon davranışı incelenmiş ve iki Hindmarsh-Rose nöronun senkronizasyonu bu elemanlar kullanılarak elde edilmiştir. Biyolojik nöron modellerinin yanı sıra, gerçek bir biyolojik nöronun kaotik cevapları gibi dinamik davranışlara sahip olan Kaotik Nöron Modeli ve iki kaotik nöron arasındaki etkileşim de FPAA elemanı kullanılarak gerçeklenmiştir.

Anahtar Kelimeler: Nöron Modelleri, Kaotik Nöron Modeli, Senkronizasyon, FPAA, FPGA.