Striatal Nöral Mikrodevre

Striatum, karar verme, eylem seçme ve ödüle dayali ögrenmede etkin olarak görev alan basal ganglia çekirdeklerinin temel giriş katmanıdır. Özellikle Dopamin nörotaşıyıcısının doğrudan etkili olduğu bir bölge olmasğndan dolayğ, basal ganglia devresinin rol aldığı yukarıda sayılan görevlerdeki rolü son 10 yılda birçok araştırmanın konusu olmasına sebep olmuştur. Striatum, serebral korteks, amigdala ve hippokampusden oluşan limbik sistem ve dopamin salınımından sorumlu Substantia nigra pars compacta bölgelerinden doğrudan giriş almaktadir. Benzer sekilde dolaylı olarak da talamus üzerinden sensorimotor ve motivasyonel bilgilerin beyin sapından striatuma geldigi bilinmektedir. İkincil sinyal taşıyıcı olarak isimlendirilen nöromodülasyon sinyallerinden dopamin ve serotoninin bu bölge üzerinde önemli roller üstlendigi bilinmektedir. Fakat bu sinyallerin net olarak aldıgı roller halen hesaplamalı ve deneysel sinirbilim çalışmalarının konusu olmaya devam etmektedir. Striatum devresinde başlıca iki tip hücre bulunmaktadir. Bu bölgedeki sinir hücrelerinin yaklaşık %90'ını striatal medium spiny nöronlar oluştururken, geriye kalan kısmında ise Fast spiking internöronların bulundugu yapılan deneysel çalışmalarla belirlenmiştir. Yine elde edilen bulgulardan yola çıkarak medium spiny nöronlarının temel elektriksel işaretinin patlama oldugu, adından da anlaşılacagı üzere Fast spiking internöronların ise yüksek frekansta vuru ürettigi bilinmektedir. Nörokimyasal belirleyicilere (örnegin reseptörler) baglı olarak striatum birçok bölgeye ayrılmaktadır. Dopamin reseptörlerinden D1 ve D2 özellikle motor hareketlerden sorumlu oldugu için ele alınan bu çalışmada özellikle bu iki bölge dikkate alınmaktadır. Dopamin tarafından davranışı modüle edilen bu hücre tipi ve bu hücre tipinin baskın olarak bulundugu striatum, günümüzün en önemli sinir sistemi hastalıklarından olan Parkinson hastalığına ilişkin yapılan çalışmalarda da dikkatleri üzerine çekmistir. Yapılan deneysel çalışmalar göstermiştir ki striatum üzerinde gözlenen ritmik bozukluklar Parkinson hastalığı ile doğrudan ilintilidir. Dopamin azlığına ya da fazlalığına baglı olarak çeşitli motor semptomları olan hastalıklar gözlemlenmekte (Parkinson hastalığının yanı sıra Huntington hastalığı da bu kapsamda degerlendirilmektedir) ve bu hastalıkların özellikle dopaminin başlica etkin oldugu striatumdaki fonksiyonların bozulmasından kaynaklandığı ya da tetiklendiği düşünülmektedir.

Çalışanlar : Berat Denizdurduran, Rahmi Elibol

Bu çalışma TÜBİTAK 111E264 nolu proje ile desteklenmektedir.

Nöral Senkronizasyon

Striatum eylem seçimi devresinde Korteksten aldığı girişleri Basal Çekirdeklerin diğer birimlerine doğrudan ve dolaylı yollar ile aktaran Basal çekirdeklerin giriş bölümüdür. Striatum doğrudan yol ile Globus Pallidus internalı (GPi) baskılamaktadır. Basal Ganglianın çıkışı sayılabilecek GPi ise Thalamusu (Thl) baskılamaktadır. Striatum hücrelerindeki senkron veya asenkron davranışların Thalamus davranışına etkileri araştırma konusudur. Striatumda özellikle MSN hücreleri ile sürekli aktivite üreten GPi hücreleri baskılanmaktadır ve GPi baskılandığı için Thl konuşabilmektedir. Ancak Str hücrelerinin senkron ve asenkron olarak davranış üretmesi GPi hücrelerinde de bir senkronizasyona sebep olacağından GPi hücreleri Thl hücrelerini senkronizasyonun da etkisiyle baskılmaktadır. Thl hücrelerinde Regular Spike (RS), Rebaund Spike (RBS) ve Rebaund Bursting (RBB) gibi farklı davranışlara sahip hücreler olduğu düşünülerek, Str hücrelerinde tam senkronizasyondan başlanıp senkronizasyonun biraz daha bozulduğu her aşamada Thl hücrelerinin vuru sayılarının rebaund mekanizması ve senkronizasyon etkisi ile nasıl değiştiği incelenmektedir.

Çalışanlar : Özkan Karabacak, Rahmi Elibol

Bu çalışma TÜBİTAK 111E264 nolu proje ile desteklenmektedir.

Robotik Çalışmalar

Disiplinlerarası bir bilim olan hesaplamalı sinirbilim, merkezi sinir sistemine ilişkin açıklamalar getirirken, mühendislik yaklaşımıyla robotik uygulamalar ise özellikle son yıllarda yer edinmekte ve bu çalışmalar insan beynine ilişkin modellere test ortamı sağlamaktadır. Bu çalışma ile karar verme sürecine ait bir hesaplamalı modelin gerçek bir robot üzerinde uygulanması gerçekleştirilmiştir. Hesaplamalı bir basal ganglia-talamus-korteks modeli kullanılarak bir robotun hareket kararı vermesi ve hareket kararı verme sürecindeki bilgilerin bir pekiştirmeli öğrenme yöntemi ile öğrenilmesi amaçlanmıştır. Kurulan model Bioloid Premium robot üzerine yerleştirilerek test ortamında sınanmıştır. Bioloid robot ile öğrenme uygulamasına ait video görüntüleri.
Örüntü Temsili Görevinin İnsansı Robot Üzerinde Gerçeklenmesi
Korteks Vuru Üreten Sinir Ağı Model Deneyine Ait Video
Uyaran Hareket Eşleştirmesi Deneyinin İnsansı Robot Üzerinde Gerçeklenmesi

Çalışanlar : Ozan Tanfener, Emeç Erçelik, Berat Denizdurduran

Bu çalışma TÜBİTAK 111E264 nolu proje ile desteklenmektedir.

Simmag® Benzetim Ortamı

Simmag® benzetim ortamının amacı; gerilim etkileşimli kapılara sahip ion kanalı tabanlı sinir hücresi modellerinin elde edilmesi ve bu modellerin tekrar tekrar kullanılabilmesi için belli kategorilerde ve isimlerde saklanabilmesini sağlamak, bu modelleri kullanılarak geniş ölçekli sinir hücresi toplulukları oluşturup bu oluşan yapıların davranışlarını incelemektir. Geliştirici yazılım modeli olarak tasarlanan Simmag®’da bugüne kadar sinir hücresi modellemede kullanılan programlama dillerinden farklı olarak Microsoft tarafından geliştirilmiş “.Net” isimli platformda çalışan “C#” dili kullanılmıştır. Benzetim ortamı geliştirilirken Microsoft .NET Framework Version 3.5 SP1 kullanılmıştır. Arayüzde kullanılan dil İngilizce olarak seçilmiştir. Proje açık kaynak kodu ile birlikte araştırmacılara sunulacağı için böyle bir yol izlenmiştir. Veri depolama yöntemi olarak XML veri dili kullanılmıştır. Yazılım modelinde temel olarak iki aşama bulunmaktadır. İlk aşama sinir hücrelerinin diferansiyel denklemler yardımıyla modellenmesidir. İkinci aşama ise bu modeller kullanılarak XPPAUT programı için gerekli olan kaynak dosyasının oluşturulmasıdır. Simmag® benzetim ortamına bu sayfadaki bağlantıdan ulaşabilirsiniz.

Çalışanlar: Adem Ayhan Karmış

Bu çalışma TÜBİTAK 111E264 nolu proje ile desteklenmektedir.

Programın kurulum dosyası için tıklayınız.
Programın kullanım kılavuzu için tıklayınız.