Kimyasal Kuplajlı Izhikevich Nöron Modelinin Lyapunov Kontrol Metodu ile Senkronizasyonu

Literatürde, elektriksel kuplajlı Izhikevich nöron modeline ait birçok çalışma olmasına rağmen kimyasal kuplajlı yapıya ait inceleme sınırlı sayıdadır. Çift yönlü kimyasal olarak kuplajlanan iki adet Izhikevich nöronunun Lyapunov kontrol yöntemiyle senkronizasyonu ilk defa bu çalışmada ele alınmıştır. Kuplajlanan nöronların kuplajlama ağırlığının etkisini gözlemlemek için standart sapma sonuçları verilmiştir. Kuplajlanan nöronlardan birine uygulanan Lyapunov kontrolörü ile, nöronların kuplajlama ağırlığından bağımsız şekilde senkron hale gelip gelmediğinin kontrolü yine standart sapma analizi vasıtası ile gözlemlenmiştir. Son olarak, Lyapunov kontrol yöntemi uygulanan sistemin, sinaptik kuplajlama ağırlık değerinin değişikliklerinden bağımsız bir şekilde senkron olarak ateşlendiği gösterilmiştir.

Synchronization of the Chemically Coupled Izhikevich Neuron Model with the Lyapunov Control Method

Although there are many studies on the electrically coupled Izhikevich neuron model in the literature, the study of the chemically coupled structure is limited. The synchronization of bidirectional chemically coupled Izhikevich neurons with the Lyapunov control method is discussed for the first time in this study. Standard deviation results are given to observe the effect of the coupling weight of the coupled neurons. With the Lyapunov controller applied to one of the coupled neurons, the control of whether the neurons are synchronized regardless of the coupling weight was also observed by means of standard deviation analysis. Finally, it has been shown that the system with the Lyapunov control method is fired synchronously regardless of the changes in the value of the synaptic coupling weight.

___

  • Bin, D., Jiang, W., & Xiangyang, F. (2006). Synchronizing two coupled chaotic neurons in external electrical stimulation using backstepping control. Chaos, Solitons & Fractals, 29(1), 182–189. https://doi.org/10.1016/j.chaos.2005.08.027
  • Bizzarri, F., Brambilla, A., Gajani, G. S. (2013). Lyapunov exponents computation for hybrid neurons. J. Comput. Neurosci., 35(2), 201-212. doi: 10.1007/s10827-013-0448-6.
  • Cakir, Y. (2017). Modeling of time delay-induced multiple synchronization behavior of interneuronal networks with the Izhikevich neuron model. Turk. J. Electr. Eng. Comput. Sci., 25, 2595–2605.
  • Che, Y., Zhang, S., Wang, J., Cui, S., Han, C., Deng, B., & Wei, X. (2011). Synchronization of inhibitory coupled Hindmarsh-Rose neurons via adaptive sliding mode control. 2011 2nd International Conference on Intelligent Control and Information Processing, 2, 1134–1139. https://doi.org/10.1109/ICICIP.2011.6008431
  • Dhamala, M., Jirsa, V. K. & Ding, M.(2004). Enhancement of neural synchrony by time delay. Phys. Rev. Lett. 92, 074104.
  • FitzHugh, R., Mathematical models for excitation and propagation in nerve, Schawn,H.P. (ed.) biological Engineering, McGraw-Hill, New York, 1969.
  • Hindmarsh, J. L., Rose, R. M., & Huxley, A. F. (1984). A model of neuronal bursting using three coupled first order differential equations. Proceedings of the Royal Society of London. Series B. Biological Sciences, 221(1222), 87–102. https://doi.org/10.1098/rspb.1984.0024
  • Hodgkin, A. L., & Huxley, A. F. (1952). A quantitative description of membrane current and its application to conduction and excitation in nerve. The Journal of Physiology, 117(4), 500–544.
  • Izhikevich, E. M. (2003). Simple model of spiking neurons. IEEE Transactions on Neural Networks, 14(6), 1569–1572. https://doi.org/10.1109/TNN.2003.820440
  • Khoshkhou, M., & Montakhab, A. (2018). Beta-Rhythm Oscillations and Synchronization Transition in Network Models of Izhikevich Neurons: Effect of Topology and Synaptic Type. Frontiers in Computational Neuroscience, 12. https://doi.org/10.3389/fncom.2018.00059
  • Kim, Y. (2010).Identification of dynamical states in stimulated Izhikevich neuron models by using a 0-1 test. Journal of the Korean Physical Society, 57(6), 1363-1368. Doi: 10.3938/jkps.57.1363.
  • Kuang, S., & Cong, S. (2008). Lyapunov control methods of closed quantum systems.Automatica,44(1),98–108. https://doi.org/10.1016/j.automatica.2007.05.013
  • La Rosa, M., Rabinovich, M. I., Huerta, R., Abarbanel, H. D. I. & Fortuna, L.(2000). Slow regularization through chaotic oscillation transfer in an unidirectional chain of Hindmarsh–Rose models. Phys. Lett. A 266(1), 88-93.
  • Lynch, S. (2004). Dynamical systems with applications using MATLAB. Boston: Birkhäuser.
  • Morris, C., & Lecar, H. (1981). Voltage oscillations in the barnacle giant muscle fiber. Biophysical Journal, 35(1), 193–213. https://doi.org/10.1016/S0006-3495(81)84782-0
  • Nguyen, L. H., & Hong, K.-S. (2011). Synchronization of coupled chaotic FitzHugh–Nagumo neurons via Lyapunov functions. Mathematics and Computers in Simulation, 82(4), 590–603. https://doi.org/10.1016/j.matcom.2011.10.005
  • Nobukawa, S., & Nishimura, H. (2015). Stochastic resonance effects in Izhikevich neural system with spike-timing dependent plasticity. 2015 54th AnnualConference of the Society of Instrument and Control Engineers of Japan (SICE), 270–275. https://doi.org/10.1109/SICE.2015.7285324
  • Nobukawa, S., Nishimura, H., & Yamanishi, T. (2017). Chaotic Resonance in Typical Routes to Chaos in the Izhikevich Neuron Model. Scientific Reports, 7(1), 1331. https://doi.org/10.1038/s41598-017-01511-y
  • Sabbagh, H. (2000). Control of chaotic solutions of the Hindmarsh–Rose equations. Chaos Soliton. Fract. 11(8), 1213-1218.
  • Shi, Y., Wang, J., Deng, B., & Liu, Q. (2009). Chaotic Synchronization of Coupled Hindmarsh-Rose Neurons Using Adaptive Control. 2009 2nd International Conference on Biomedical Engineering and Informatics, 1–5. https://doi.org/10.1109/BMEI.2009.5302804
  • Wang, W., Perez, G. &Cerdeira, H. A. (1993). Dynamical behavior of the firings in a coupled neuronal system. Phys. Rev. E. 47(4), 2893-2898.
  • Wang, Q. Y., Lu, Q. S., Chen, G. R., & Guo, D. H. (2006). Chaos synchronization of coupled neurons with gap junctions. Physics Letters A, 356(1), 17–25. https://doi.org/10.1016/j.physleta.2006.03.017
  • Wilson, H. R., & Cowan, J. D. (1972). Excitatory and Inhibitory Interactions in Localized Populations of Model Neurons. Biophysical Journal, 12(1), 1–24.
  • Yu, H. and Peng, J. (2006). Chaotic synchronization and control in nonlinear-coupled Hindmarsh–Rose neural systems. Chaos Soliton. Fract., 29(2), 342-348.
  • Zhang, T., Wang, J., Fei, X., & Deng, B. (2007). Synchronization of coupled FitzHugh–Nagumo systems via MIMO feedback linearization control. Chaos, Solitons & Fractals, 33(1), 194–202. https://doi.org/10.1016/j.chaos.2006.01.037
Avrupa Bilim ve Teknoloji Dergisi-Cover
  • Yayın Aralığı: Yılda 4 Sayı
  • Başlangıç: 2013
  • Yayıncı: Osman Sağdıç
Sayıdaki Diğer Makaleler

Kalman Algoritması ile Düşük Maliyetli 6-DOF IMU'nun Pratik Bir Uygulaması

Abdullah Ersan OĞUZ, Mustafa Emre AYDEMİR

Toksik Risk İndeksi (TRI) Kullanılarak Nevşehir İli Kızılırmak Nehri Sedimentlerinde Cr, Zn, Pb, Cu, As Ağır Metal Düzeylerinin Araştırılması

Ömer BİLHAN, Fatih İLALAN

Soğuk Dövme Yöntemi ile Örnek Bir Ürün Tasarımı, Üretimi ve Tasarımda Ergonominin Rolü

Alper BAYGUT

Kırmızı Biberde Aflatoksin B1 Varlığının Sistematik Derlemesi ve Meta-Analizi

Sezen SEVDİN, Edanur ÇELİK, A. Nur ÇÖMÇE, Nazlı BATAR, Asena Ayça ÖZDEMİR

Kanola, Aspir ve Atık Yağlardan Elde Edilen Biyodizelin Motor Performans ve Egzoz Emisyonlarina Etkisi

Süleyman ŞİMŞEK, Hatice ŞİMŞEK, Onur KAYA

Gıda Tankeri için AISI 304 Paslanmaz Çeliğin TIG Kaynağının İncelenmesi

Yunus BERTAN, Eren YILMAZ

LNG Yakıtlı Ağır Vasıtalarda Methanın Gizli Isısını Kullanarak Emisyonlar Düşürülebilir mi?

Adem UĞURLU

OECD Ülkelerinde Pandemi Sırasında Sağlıkta İkilem: Salgını Önlemeye Yönelik Sağlık Harcamalarının Artması, Hemşirelik İstihdamını Artırmada Kesintiye Neden Olacak mı Olmayacak mı?

Özlem ÖZSOY

Türkiye’de Yenilenebilir Kaynaklara Dayalı Elektrik Üretimini Etkileyen Faktörler: Rüzgar ve Güneş Enerjisi Örneğinde Kar Amacı Motivasyonuna göre Farklılaşan Engeller ve Destekler

Yelda ERDEN TOPAL, Betül Hande GÜRSOY HAKSEVENLER, Erkan ERDİL

Cantor Alaşımı Kullanılarak sulu çözeltiden Kongo Kırmızısının Elektrokoagülasyon ile Arıtımı

Gulizar KURTOGLU AKKAYA, Gökhan POLAT