امکان سنجی پیاده سازی سخت افزاری مکانیزم های تعامل بین سلولهای گلیا و نورون ایژیکویچ

در سال های اخیر، مطالعه رفتار سیستم عصبی مغز انسان و تلاش برای رسیدن به یک طراحی سخت افزاری برای شبیه سازی آن بسیار انجام شده است. بنابراین شبیه سازی و پیاده سازی یک سیستمی که بتواند رفتار سیستم عصبی مغز را تا حد قابل قبولی دنبال کند، یک نیاز ضروری است. حال برای طراحی چنین سیستمی باید دید که از چه بخش هایی ساخته شده است. بلوک های پایه سازنده مغز انسان را نورون ها تشکیل می دهند که تعداد آنها در مغز بسیار زیاد است. از طرف دیگر در سال های اخیر سلول های مهم دیگری به نام سلول های گلیا هم در مغز انسان شناسایی شده اند که وظیفه آنها تنظیم و حفاظت از نورون ها و انتقالات سیناپسی است و تعداد آنها بسیار بیشتر از نورون ها می باشد. بنابراین مطالعه رفتار تعاملی بین سلول های گلیا و نورون های مغز بسیار مهم بوده و چون پیاده سازی این شبکه عصبی گسترده با دقت بالا یک کار محاسباتی پر هزینه است، باید به دنبال روش هایی برای کاهش هزینه پیاده سازی باشیم تا بتوانیم در مقیاس واقعی و به صورت شبکه ای، به توصیف رفتار تعاملی نوروگلیا بپردازیم. بنابراین این پایان نامه، مدلی از تعامل نوروگلیا را برای پیاده سازی دیجیتال ارائه می دهد که برای رسیدن به این هدف باید مراحل زیر را انجام دهیم: در گام اول، مدل های نورونی مختلف را مورد بررسی قرار دادیم و از بین آنها مدل نورونی ایژیکویچ را انتخاب کردیم. دلیل انتخاب این مدل نورونی این بود که اولا 20 نوع نورونی مختلف را می تواند به خوبی تولید کند و ثانیا با توجه به اینکه هدف کار، پیاده سازی مدل به صورت شبکه ای است، هزینه پیاده سازی سخت افزاری کمتری نسبت به مدل های دیگر دارد. در گام دوم، با توجه به اینکه هدف ما بررسی نحوه تعامل در شبکه نوروگلیا بود، باید مدلی را هم برای آستروسیت انتخاب کنیم. بنابراین در این مرحله مدل ساده postnov را که تا حد قابل قبولی رفتار گلیا را دنبال می کند انتخاب کردیم. در گام سوم، مدل های پیشنهادی را که تا حد زیادی رفتار مدل های اصلی را دنبال می کردند ارائه دادیم. هدف از ارائه مدل های پیشنهادی، کاهش هزینه پیاده سازی سخت افزاری در مقایسه با مدل های اصلی بود. در گام چهارم، مدارهای معادل دیجیتال ارائه شد که با استفاده از قواعد سنتز دیجیتال و نمودارهای زمانی بدست آمدند. در گام پنجم، مدل ارائه شده را از بعد تاثیر آستروسیت در تنظیم رفتار نورونی و انتقالات سیناپسی بررسی کردیم. در این گام دیده شد که وجود آستروسیت می تواند بسیار مهم باشد و رفتار نورون ها را به خوبی تنظیم کند. در گام آخر هم برای تایید کارهای انجام شده و صحت عملکرد مدل های پیشنهادی از بعد سخت افزاری، آنها را بر روی برد fpga پیاده سازی نمودیم و با توجه به هزینه پیاده سازی سخت افزاری که بر اساس سنتز دیجیتال انجام گرفت، دیده شد که مدل پیشنهادی دارای هزینه پیاده سازی بسیار کمتری نسبت به مدل اصلی است.