بهبود تفكيك‌پذيري تحريك الكتريكي غيرتهاجمي عمقي مغز مبتني بر تداخل زماني با استفاده از مدل‌سازي محاسباتي سيستم عصبي

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

برق

دكتري

اختلالات مغزي ممكن است به بروز بيماري‌هاي شناختي و حركتي منجر شوند و با توجه به محدوديت‌هاي درمان‌هاي دارويي، روش‌هاي غيردارويي به‌عنوان گزينه‌هاي درماني مورد توجه قرار گرفته‌اند. اين روش‌ها به دو دسته تهاجمي و غيرتهاجمي تقسيم مي‌شوند. در سال‌هاي اخير، روش تحريك الكتريكي عمقي مغز براي بهبود برخي بيماري‌ها و با هدف تحريك نواحي عمقي مغز به كار گرفته شده است. با وجود اثربخشي اين روش، به دليل ماهيت تهاجمي و خطر عفونت، استفاده از آن با محدوديت‌هايي مواجه است. به همين دليل، روش غيرتهاجمي تحريك فراجمجمه‌اي تداخل زماني به‌عنوان رويكردي براي تحريك نواحي عمقي مغز مطرح شده است. بااين‌حال، مدل‌سازي‌ها نشان مي‌دهند كه شدت ميدان الكتريكي ايجادشده در عمق مغز با اين روش بسيار كمتر از تحريك عمقي مغز است و تحريك اين نواحي به‌طور مشابه امكان‌پذير نيست. با اين وجود، درك تأثير تحريك تداخل زماني بر مسيرهاي عصبي مي‌تواند در كاربردهاي باليني اين روش براي درمان بيماري‌ها مفيد باشد. در اين رساله، براي شناسايي و تعيين ناحيه تحريك با رويكرد تأثير تحريك بر مسيرهاي عصبي، از مدل‌هاي مبتني بر نورون‌هاي بيولوژيكي استفاده شده است و دو مدل متداول ايزيكويچ و هاجكين - هاكسلي بررسي شده است. يك شبكه تحريكي-مهاري كه مسئول تنظيم نوسانات مغزي است، با استفاده از اين دو مدل براي بررسي پاسخ به تحريك تداخل زماني و مقايسه آن با تحريك جريان متناوب به كار گرفته شده است. فضاي پارامتري تحريك شامل تغييرات شدت‌جريان و فركانس تحريك مورد تحليل قرار گرفته است تا نقاط پاسخ‌دهي شبكه تحريكي - مهاري شناسايي شود. با اين تحليل، سنكرون‌شدگي فاز، دامنه و فركانس ارزيابي شد تا مشخص شود تحريك تداخل زماني چگونه نوسانات آلفاي ذاتي مغز را مدوله مي‌كند. به منظور بررسي تفكيك‌پذيري تحريك تداخل زماني، از يك مدل چندبعدي استفاده شد كه در آن شبكه‌هاي متعددي در بخش‌هاي مختلف مغز قرار گرفتند و با استفاده از مدل‌سازي بافت براي محاسبه ميدان‌هاي الكتريكي، ناحيه تحريك در عمق مغز و نحوه مدولاسيون آن مشخص گرديد. نتايج بررسي نقشه‌هاي سنكرون‌شدگي نشان مي‌دهد كه الگوهاي متفاوتي از سنكرون‌شدگي شبكه براي تحريك تداخل زماني و تحريك جريان متناوب وجود دارد. تحريك جريان متناوب براي هر دو مدل نوروني سنكرون‌شدگي هارمونيك را نشان داد؛ درحالي‌كه تحريك تداخل زماني تنها براي فركانس برابر با فركانس ذاتي شبكه تشديد ايجاد مي‌كند. شدت‌جريان لازم براي تحريك تداخل زماني براي دستيابي به نتايج مشابه با تحريك جريان متناوب بسيار بيشتر است. تفكيك‌پذيري مكاني تحريك تداخل زماني كه از طريق مدل‌سازي محاسباتي و توزيع ميدان الكتريكي به‌دست‌آمده است، نشان مي‌دهد كه مدولاسيون عمدتاً در نواحي عمقي مغز رخ مي‌دهد و تأثير كمتري بر سطح مغز دارد. افزايش توان در باندهاي ذاتي و سنكرون‌شدگي فاز در نواحي زيرين الكترودها و نواحي غيرهدف مشاهده گرديد كه به دامنه بالاي سيگنال تحريك نسبت داده مي‌شود. همچنين، براي نورون‌هاي هاجكين - هاكسلي، انسداد نورون‌ها و افزايش نرخ آتش در نواحي غيرهدف نشان‌دهنده اثرات جانبي تحريك بود. اين نتايج نسبت به مدل‌هاي ماكروسكوپيك قبلي دقت بالاتري دارند و تحريك بهينه با تفكيك‌پذيري مكاني بهتر با توجه به استفاده از شدت‌جريان آستانه براي فركانس تحريك موردنظر، ارائه شده است.

231797

مخابرات سيستم

مهندسي برق و كامپيوتر

دانشگاه صنعتي اصفهان