مدلسازی سیگنال‌های پیچیده در فیبرهای عصبی

آزمایش‌ها نشان داده‌اند که سیگنال‌ها در رشته‌های عصبی توسط اجزای الکتریکی و مکانیکی ترکیب می‌شوند. در این مقاله یک مدل ریاضی جفت شده شرح داده می‌شود که معادلات حاکم برای پتانسیل عمل، موج فشار در آکسوپلاسم و امواج طولی و عرضی در بیوغشای اطراف را به یک سیستم از معادلات متصل می‌کند. به عنوان راه‌حل این سیستم، مجموعه‌ای از امواج تولید می‌شود. فرضیه‌های اصلی چنین مدلی به ماهیت نیروهای جفت کننده بین امواج منفرد در مجموعه مربوط می‌شود. فرض می‌شود که این نیروهای جفت سازی اشکال دو قطبی دارند که منجر به راه‌حل‌های پایدار انرژی می‌شوند. در مدل‌سازی سیلیکو، شباهت کیفی فنرهای موج محاسبه‌شده به فنرهای تجربی نشان‌داده شده‌است. ایده‌های اعتبار سنجی تجربی احتمالی مدل شرح داده می‌شوند.

Experiments have demonstrated that signals in nerve fibers are composed by electrical and mechanical components. In this paper a coupled mathematical model is described which unites the governing equations for the action potential, the pressure wave in the axoplasm and the longitudinal and the transverse waves in the surrounding biomembrane into one system of equations. As a solution of this system, an ensemble of waves is generated. The main hypotheses of such a model are related to the nature of coupling forces between the single waves in the ensemble. These coupling forces are assumed to have bi-polar shapes leading to energetically stable solutions. The in silico modeling demonstrates the qualitative resemblance of computed wave profiles to experimental ones. The ideas of possible experimental validation of the model are briefly described.