slide1 n.
Download
Skip this Video
Loading SlideShow in 5 Seconds..
سمینار درس کنترل سیستمهای عصبی-عضلانی استاد درس: دکتر توحیدخواه تهیه کننده: حدیثه نوعپرست PowerPoint Presentation
Download Presentation
سمینار درس کنترل سیستمهای عصبی-عضلانی استاد درس: دکتر توحیدخواه تهیه کننده: حدیثه نوعپرست

Loading in 2 Seconds...

play fullscreen
1 / 25

سمینار درس کنترل سیستمهای عصبی-عضلانی استاد درس: دکتر توحیدخواه تهیه کننده: حدیثه نوعپرست - PowerPoint PPT Presentation


  • 294 Views
  • Uploaded on

سمینار درس کنترل سیستمهای عصبی-عضلانی استاد درس: دکتر توحیدخواه تهیه کننده: حدیثه نوعپرست دی ماه 1387. فهرست مطالب. تعریف CPG دو نظریه نوروبیولوژیکی متفاوت برای تولید حرکات تناوبی مدل محاسباتی CPG مدلي از CPG در سيستم هاي زيستي. تعریف CPG.

loader
I am the owner, or an agent authorized to act on behalf of the owner, of the copyrighted work described.
capcha
Download Presentation

PowerPoint Slideshow about 'سمینار درس کنترل سیستمهای عصبی-عضلانی استاد درس: دکتر توحیدخواه تهیه کننده: حدیثه نوعپرست' - marek


An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript
slide1

سمینار درس کنترل سیستمهای عصبی-عضلانی

استاد درس: دکتر توحیدخواه

تهیه کننده: حدیثه نوعپرست

دی ماه 1387

slide2
فهرست مطالب
  • تعریف CPG
  • دو نظریه نوروبیولوژیکی متفاوت برای تولید حرکات تناوبی
  • مدل محاسباتی CPG
  • مدلي از CPG در سيستم هاي زيستي
slide3
تعریفCPG
  • مدارهای نوروني هستند که هم در مهره داران و هم در نرم تنان ديده شده اند و مي توانند بدون وروديهاي تناوبي، الگوهاي تناوبي توليد کنند.
  • این مدارها، عامل حرکات تناوبي پايه مانند جويدن، تنفس، هضم هستند و همچنين سنگ بناي مدارهای عصبي حرکتي مانند راه رفتن، شنا کردن، پرواز کردن، خزیدن و .... میباشند.
slide4
دو نظریه نوروبیولوژیکی متفاوت برای تولید حرکات تناوبی
  • نظريه شرينگتون:

حرکات تناوبي نتيجه زنجيره اي از واکنشها (رفلکس) ميباشد.

  • نظريه براون:

حرکات تناوبي بصورت مرکزي توليد مي شوند يعني توسط شبکه هاي عصبي که به ورودي هايي از سيستم عصبي جانبي(نورونهاي حسي)،براي توليد رفتارهاي تناوبي نيازي ندارند.

half center
مدل نيمه مرکز(half-center)
  • در این مدل، دو دسته از نورونها توسط اتصالات مهاري بصورت دوطرفه با يکديگر مرتبط شده اند و فعاليتهاي ريتميک را توليد مي کنند.
  • با توجه به آزمايشات انجام شده روي مارماهي، سمندر، جنين قورباغه و ديگر حيوانات، امروزه دلايل روشني وجود دارد که اثبات مي کند ريتمها در سيستم مرکزي و بدون نياز به اطلاعات سنسوري توليد مي شوند.
slide6
فعال سازی CPG
  • بطور قابل توجهي، سيگنالهاي ساده براي فعالسازي CPG کافيست. در بسياري از مهره داران، تحريک الکتريکي در بخشي از ساقه مغز که ناحيه حرکتي مسنسفاليک(MLR) ناميده ميشود، مسبب رفتارهاي حرکتي ميشود.
  • تحريکات سطح پايين، منجر به حرکات آهسته(فرکانس کم) و تحريکات سطح بالا، منجر به حرکات سريعتر(فرکانس بيشتر) مي شود. در نتيجه سطح- فرکانس و دامنه- تحريک مي تواند سرعت حرکت را مدوله کند.
slide7
مدل محاسباتی CPG
  • مدل ماتسوکو

يک مدل معروف رياضي از اين مولدها، مدل شبکه هاي مهاري دوسويه است که در این مدل جنبه هاي مختلف کنترل الگو و فرکانس مورد بررسی قرار گرفته است.

اين مدل نيز شامل شبکه اي از نورونها است که فعاليت يکديگر را مهار مي کنند و به همین دلیل شبکه مهاري دوسويه ناميده مي شود. ماتسوکو در اين مدل نرخ آتش شدن نورونهاي مهار شونده دوسويه در اسيلاتور نورونی را، توسط معادلات ديفرانسيل مدل کرده است.

slide9
پارامترهای مدل

ورودي تونيک

فيدبکي محيطی

ثابت زماني صعود

پتانسيل غشا

خروجي

وزنهای اتصالات سيناپسي مهاري

متغير تطبيق در نورون

ثابت زماني تطبيق

slide10
روابط حاکم بر مدل

ورودي تونيک

فيدبکي محيطی

ثابت زماني صعود

پتانسيل غشا

خروجي

وزنهای اتصالات سيناپسي مهاري

متغير تطبيق در نورون

ثابت زماني تطبيق

slide11
شبکه اسيلاتور دو نوروني
  • درساده ترين حالت شبکه از دونورون تشکيل شده است. اين نورونها بصورت معکوس به هم متصلند و براي توليد نوسان در خروجي، بترتيب يکديگر را مهار و تحريک مي نمايند. چنين فعاليتي براي مهار دوسويه و تناوبي ماهيچه هاي جمع شونده و باز شونده در يک مفصل در هنگام راه رفتن، وجود دارد.
  • اين مدل مي تواند به عنوان مدلي پايه براي ريتمهاي ساده درنظر گرفته شود.
slide14

مدلي از CPG در سيستم هاي زيستي

RCPG

Respiratory central pattern generator

slide15
RCPG

مدلسازي مکانيزمهاي عصبي کنترل تنفسي

از قديمي ترين موضوعات نوروساينس

مسئله هنوز هم غير قابل حل بنظر مي رسد

مثلا: آيا ريتمهاي تنفسي از يک شبکه ناشي مي شود يا از نورونهاي ضربان ساز ذاتي؟

براي تفسير دادگان آزمايشگاهي به مدل مناسبي براي RCPG نيازمنديم

تفسير هرگونه داده آزمايشگاهي براي فعاليت نورونهاي تنفسي به مکانيزم نوروني CPGهاي تنفسي بستگي دارد

slide16
مدلی برای RCPG
  • اين مدل بر مبناي مهار دوسويه دو دسته نورونمي باشد
  • نورونها در نتيجه ورود کلسيم به داخل سلول و فعاليت کانالهاي پتاسيمي وابسته به کلسیم، فعالیت می کنند.
slide17
مدل هر نورون در مدل RCPGشامل:

مکانيزم جمع وروديهاي پيش سيناپسي

نيروي مهاري

3 نوع نيروي الکتروموتوری

نيروي تحريکي

نيروي نشتی

يک نورون زماني که به پتانسيل غشاء آن به حد آستانه ميرسد، تحريک ميشود

  • در اين لحظه هدايت پتاسيم که وابسته به تحريک است، افزايش يافته و در همان لحظه غلظت کلسيم داخل سلول نيز افزايش مييابد. سپس هدايت پتاسيم با ثابت زماني کوچک حدود 10 ميلي ثانيه و غلظت کلسيم با ثابت زماني بزرگ حدود 500 ميلي ثانيه کاهش مييابند. غلظت کلسيم بلافاصله هدايت کانالهاي پتاسيمي وابسته به کلسيم را تحت تاثير قرار ميدهد.
slide18

وضعیت فيبرها متغير است و در هر لحظه از زمان براي تحريک شدن يا تحريک نشدن تنظيم ميشوند. تحريک توسط يک مکانيزم رندوم صورت ميگيرد که يک انتخاب رندوم مستقل براي هر فيبر در هر لحظه از زمان با احتمال تحريک شدني که براي گروههاي مختلف فيبرها متفاوت است، را فراهم ميکند.

اتصالات بين نورونها توسط يک ماتريس اتصالات برقرار ميشود. المانهاي اين ماتريس فقط يکبار، هنگامي که شبکه مقداردهي اوليه ميشود بصورت رندوم انتخات ميشوند.

الگوريتم عملکرد شبکه بسيار ساده ميباشد، بدين صورت که در هر گام زماني و برا ي هر نورون، بردار اتصالات ورودي در بردار حالت نورونها ضرب ميشود و سپس پتانسيل غشاء آن مقداردهي جديد ميشود. در اين مدل روش انتگرالگيري نمايي براي متغيرهاي تغييرپذير با زمان استفاده ميشود و هر گام زماني 1 ميلي ثانيه است.

هسته مدل RCPG شامل دو دسته نورون است. اين دو دسته نورون بصورت دوسويه اثر مهاري روي يکديگر دارند. در اين مدل، ارتباطات داخلي نورونها در هر گروه معين نميباشد.

نورونهاي باقي مانده در مدل، وروديهاي مهاري از آن دو دسته نورون هستهاي دريافت ميکنند و نورونهاي گروهی تحريکهاي تونيک از فيبرهاي ورودي دريافت ميکنند.

slide21
الگوهاي فعاليت سيستم

در اين شکل کاملا واضح است که شبکه نوساني است و نورونها در پريودهاي کوتاه و بلند، بصورت تناوبي نوسان ميکنند. پريود کوتاه بيانگر وضعيت دم و پريود بلند بيانگر وضعيت بازدم ميباشد.

ايمپالسها با نقطه نمايش داده شده اند

هر خط افقي فعاليت يک نورون را نشان ميدهد

slide22

مراجع

  • Kiyotoshi Matsuoka/Mechanisms of Frequency and Pattern Control in the Neural Rhythm Generators/ Biol. Cybern. 56, 345053 (1987)
  • Guang Lei Liu, Maki K. Habib, KeigoWatanabe, and Kiyotaka Izumi/ The Design of Central Pattern Generators Based on the Matsuoka Oscillator to Generate Rhythmic Human-Like Movement for Biped Robots/Journal of Advanced Computational Intelligence and Intelligent Informatics/ Vol.11 No.8, 2007
  • Witali L. Dunin-Barkowski, Andrew T. Lovering,John M. Orem/ A neural ensemble model of the respiratory central pattern generator: properties of the minimal model/Elsevier/Neurocomputing 44–46 (2002) 381 – 389