NUMAMO, 2017, #1. Обзорная статья

Numerical-Math-Modeling

Модели нейронных клеток и других электрически активных элементов тканей живых организмов

Назимов А. И.

Ключевые слова: нейрон, концептуальная модель нейрона, модель нейрона Ходжкина-Хаксли, модель ФитцХью-Нагумо, модель Морриса-Лекара

Материал получен: 09.07.2015 | Принят: 09.02.2017

Аннотация. В статье демонстрируются математические модели нейронов и клеток мышечных тканей. Ионные токи, протекающие через мембраны этих типов клеток, являются основной причиной их электрического возбуждения. Общий математический подход в моделировании таких систем заключается в том, что решаются уравнения для мембранных токов, а также соответствующие уравнения для электрических потенциалов в дифференциальном виде. Подобные принципы в представлении электрически возбудимых клеток являются фундаментом современной нейродинамики, а также целого ряда смежных областей, связанных с искусственными нейронными сетями и другими методами моделирования искусственного интеллекта. В данной работе публикуется обзор основных результатов представленных в работах: Маккаллока-Питтса, Ходжкина-Хаксли, Т. Кохонена, ФитцХью-Нагумо, Морриса-Лекара. В статье приводятся не только математическое описание нелинейных моделей, но и построены их численные решения, показанные на основе JavaScript - программ в виде анимации.

В настоящий момент полный текст статьи не опубликован, так как производится редакционная работа и подготовка соответствующего содержания web-страницы. В одном из следующих выпусков numamo.org мы обязательно представим данную работу в ее полнотекстовой версии.
Рисунок 1. Демонстрация численного решения системы дифференциальных уравнений модели нейрона Ходжкина-Хаксли [1] в виде временной реализации U(t). Решаемая система имеет переменное возбуждение: при слабом возбуждении генерируется один пиковый потенциал действия, при сильном - пачка импульсов, длительность которой соответствует времени действия стимулирующего импульса. При каждом новом запуске алгоритма численного решения время действия и амплитуда стимула варьируются случайным образом. Более подробные результаты будут представлены в одном из следующих выпусков numamo.org.
Web-Reference [1] Hodgkin, A. A quantitative description of membrane current and its application to conduction and excitation in nerve. / A. Hodgkin, A. Huxley // J. Physiol. -1952. -№117. -P.500