Morris Lecar nöronunda öz sinapsın ters kaotik rezonansa etkileri
Effects of autapse on inverse chaoti̇c resonance i̇n the Morris Lecar neuron model
Yazar: ALİ AKÇAY
Danışman: PROF. DR. ERGİN YILMAZ
Zonguldak Bülent Ecevit Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering ; Nöroloji = Neurology ; Tıbbi Biyoloji = Medical Biology

Özet:
Nöronlar, sinir sistemimizin temel yapı taşları olup, beyin fonksiyonlarının anlaşılması ve 
hastalıkların tedavisi için kritiktir. Hesaplamalı nörobilim ise sinirsel ağlar gibi disiplinlere, 
biyolojik olarak incelenen nöronlara,bunların fizyolojisine ve dinamiklerine odaklanan psikolojik bağlantılara ve canlıların öğrenme mekanizmalarına matematiksel modeller sağlar. 
Bu tez çalışmasında Morris-Lecar (ML) nöron modelinde kaotik aktiviteye bağlı olarak elektriksel, uyarıcı ve yasaklayıcı öz sinapsın ML nöronunun ateşleme davranışına etkileri 
incelenmektedir. Çalışma, farklı kaotik akım yoğunlukları altında, öz-sinaps iletkenlik ve iletim 
gecikmesi parametrelerinin ML nöronunun ortalama ateşleme frekansı (MFR) üzerindeki 
etkilerini analiz etmektedir. Bulgular, öz-sinapsız ML nöronunda kaotik aktivitenin düşük 
kaotik akım yoğunluğunda düzenli ateşlemeye neden olduğunu, orta yoğunlukta ateşlemeyi tamamen bastırdığını ve yüksek yoğunlukta aralıklı ateşleme ve susma davranışı sergileyerek 
Ters Kaotik Rezonans fenomenine kanıt niteliğindedir.Elektriksel öz-sinapsın MFR üzerindeki etkileri analiz edilmiş, düşük kaotik sinyal 
 yoğunluğunda ortalama ateşleme frekansını artırıp azaltabileceği veya nöronu tamamen 
susturabileceğini; orta yoğunlukta nöronun susma ve ateşleme durumları arasında geçişler 
 yaparak çoklu-ICR olgusunu sergilediğini; yüksek yoğunlukta ise nöronun minimum 5 Hz 
ateşleme frekansına sahip olduğunu ortaya koymaktadır. Ayrıca, yasaklayıcı öz-sinapsların ters 
kaotik rezonans üzerindeki etkileri de incelenmiştir. Zayıf kaotik akım yoğunluğunda, düşük 
öz sinaps zaman gecikmesi (τ) değerlerinde öz-sinapsın MFR üzerindeki etkisinin minimal 
olduğu, ancak τ arttıkça ve belirli öz sinaps iletkenliği (κ) değerlerinde nöronun ateşleme-susma 
örüntüleri sergileyerek Çoklu Ters Kaotik Rezonans olgusunu gösterdiği belirlenmiştir. ML 
nöronunu uyarıcı öz sinapsa sahip kabul ettiğimizde orta kaotik akım yoğunluğunda ve düşük 
κ değerlerinde nöron tamamen susarken, orta κ aralıklarında susma ve ateşleme paternleri 
gözlemlenmiştir. Yüksek kaotik akım yoğunluğunda, nöronun ateşleme frekansının 5.18-11 Hz. arasında değiştiği, ancak tam susmanın gerçekleşmediği gözlemlenmiştir. Öz sinapsın türünden 
bağımsız olarak Morris-Lecar nöronunu ateşlemeden susma durumuna susma durumundan 
ateşleme durumuna geçirebileceği ve öz sinaps parametrelerinin özel değerlerinde çoklu ters 
kaotik rezonans fenomenini tetiklediği gözlemlenmiştir.

Abstract:
Neurons are the fundamental building blocks of our nervous system and are critical for 
understanding brain functions and treating diseases. Computational neuroscience provides 
mathematical models for disciplines such as neural networks, biologically examined neurons,their physiology and dynamics, psychological connections, and learning mechanisms of living 
organisms. This thesis examines the effects of electrical, excitatory and inhibitory autapses on 
the firing behaviour of the Morris-Lecar (ML) neuron in the presence of chaotic activity. The 
study analyses the effects of autaptic conductance and autaptic time delay parameters on the 
mean firing rate (MFR) of the ML neuron under different chaotic current intensities. The 
obtained findings indicate that in the absence of autapse, low chaotic current intensity leads to 
regular firing, medium intensity completely suppresses firing and high intensity results in
intermittent firing and quiescence, providing evidence for the phenomenon of inverse chaotic 
resonance.The effects of electrical autapse on MFR have been analyzed. Obtained results shows that at low chaotic signal intensity, the autapse can increase or decrease MFR or completely silence the neuron; at medium intensity, the neuron transit between quiescence and firing states, 
exhibiting a multi-ICR phenomenon; and at high intensity, the neuron maintains a minimum firing frequency of 5 Hz. Additionally, the effects of inhibitory autapse on inverse chaotic resonance have been examined. At low chaotic current intensity, the impact of the autapse on MFR is minimal at low τ values. However, as τ increases and within specific κ values, the neuron shows firing-quiescence patterns, indicating a multi-ICR phenomenon. When the ML neuron is considered to have an excitatory autapse, at medium chaotic current intensity, the 
neuron is completely quiescent at low κ values, while showing quiescence-firing patterns at medium κ ranges. At high chaotic current intensity, the firing frequency of the neuron varies between 5.18-11 Hz, but complete quiescence does not occur. Regardless of the type of autapse, it can switch the Morris-Lecar neuron from firing to quiescence and from quiescence to firing, and under specific parameter values, it can trigger multiple inverse chaotic resonances.