İyon kanallarında meydana gelen dalgalanmanın nöron çalışma dinamiklerine etkisi
Effect of fluctuations occurring in the ion channels on the neron dynamics
Yazar: NURİ HAKAN EKMEKCİ
Danışman: DOÇ. DR. MAHMUT ÖZER
Zonguldak Karaelmas Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2005
Konu: Biyofizik = Biophysics ; Biyomühendislik = Bioengineering ; Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Uyarılabilir hücre membranlarında bulunan gerilim kontrollü iyon kanalları sinirsel bilgitaşıyan elektriksel işaretlerin üretilmesi ve yayılmasında önemli bir rol oynamaktadır. Bukanallar iki olası kararlı durumun, açık veya kapalı, birisinde bulunabilen basit aygıtlardır.Sinir hücresi membran alanı çok büyük ise, deterministik modelleme sinirseluyarılabilirliğin iyi bir yaklaşıklığını sağlamaktadır. Ancak kanal sayısının sonlu olmasıdurumunda, açık ve kapalı durumlar arasındaki geçişler dalgalanmalara yol açmaktadır.Deterministik modeller dalgalanmaların etkisini içermemekte, ve bu nedenle kanaldalgalanmalarını açıklayamamaktadır. Bu çalışmada, kanal dalgalanmalarını göz önünealan daha gerçekçi bir stokastik model kullanılarak kanal dalgalanmalarının nöronundinamiklerine etkisi incelenmektedir. Stokastik modelde kanal dalgalanması beyaz gaussgürültüsü olarak modellenmektedir. Kanal gürültüsü sonucu membranın kendiliğindenaksiyon potansiyelleri ateşleyebildiği ve oluşan kanal gürültüsünün optimum küme boyutuiçin oldukça düzenli spike oluşumuna neden olduğu gösterilmiştir. Özelikle eşik-altıuyartımların içsel kanal gürültüsü vasıtası ile nöronlar tarafından kodlanabildiğiiiiÖZET(devam ediyor)bulunmuştur. Eşik-altı sinüzoidal uyartımlardan kaynaklanan aksiyon potansiyelleri girişuyartımlarının fazına kenetleme özelliği göstermektedir. Ancak kanal gürültüsünün eşik-üstü uyartımların kodlanmasında engelleyici rol oynadığı bulunmuştur. Sinaptikbağlantılardan kaynaklanan dalgalanmaların düzenliliği arttırdığı ve sodyum iyonkanallının düzenliliği sağlayan temel kanal türü olduğu gösterilmiştir.Anahtar Sözcükler: İyon Kanalları, nöron, stokastik analiz, gürültüBilim Kodu: 101.10.01, 609.01.04iv

Abstract:
Voltage gated ion channels in excitable cell membranes play an important role ingeneration and propagation of electrical signals carrying neuronal information. Thesechannels are simple devices which can be in one of two possible conformational states,open and closed. If the membrane patch area of the nerve cell is very large, deterministicmodeling provides a good approximation of the neuronal excitability. However, in case offinite channel number, transitions between open and closed states result in fluctuations.Deterministic models do not involve effects of the fluctuations and therefore can notexplain them. In this study, effect of the channel fluctuations on neuronal dynamics isexamined by using a more realistic stochastic model, which takes into account channelfluctuations. The channel fluctuation is modeled as a white Gaussian noise in the stochasticmodel. It is shown that membrane could spontaneously fire action potentials due to channelnoise, and that the channel noise causes a most regular spike activity for an optimal clustervABSTRACT (continued)size. Especially, it is found that sub-threshold stimulations could be encoded by neurons bymeans of the intrinsic channel noise. Action potentials resulting from sub-thresholdsinusoidal stimuli exhibit phase-locking property to the input stimuli. However, it is foundthat the channel noise has a preventative role on the encoding of supra-threshold stimuli. Itis shown that the fluctuations due to synaptic connections increase the regularity, and thatsodium ion channel is the main channel type provides the regularity.Keywords: Ion Channel, neuron, stochastic analysis, noiseScience Code: 101.10.01, 609.01.04vi