Motif tabanlı biyolojik sinir ağlarının kısa- ve uzun dönem bellek davranışının incelenmesi

Abstract

Biyolojik bellek yapısını ve fonksiyonlarını anlamak için teorik ve deneysel pek çok çalışma yapılmaktadır. Deneysel çalışmalar ışığında oluşturulan modeller sayesinde, biyolojik ağlardan oluşan bellek yapıları ve bu yapıların temel yapı taşı olan motifler anlaşılmaya çalışılmaktadır. Bu tezde sinir hücresi, somadan oluşan tek bölme olarak modellenmiş, oluşturulan modelde dışarıdan uygulanan harici akımlarla elde edilen cevaplar değerlendirilmiştir. Hücreler arasındaki kimyasal sinaptik iletişim bağı modele eklenmiş ve giriş, ara, çıkış olarak düşünülen üç hücreli motifler üzerinde yoğunlaşarak, sinir hücreleri arasındaki veri iletişimi modellenmiştir. Biyolojik çalışmalardaki bellek organizasyonlarında yayınlananlar ve bellek davranışı gösterebilecek muhtemel tüm üç hücreli motifler için birer model oluşturulmuştur. Ayrıca oluşturulan motif modelleri üzerinde çeşitli akımlar ve uygulamalarla, hücrelerin birbirlerini uyarıcı veya engelleyici şeklinde uyarabilme durumları dikkate alınarak, biyolojik ağların uzun-ve kısa dönem bellek davranışları tespit edilmiştir. Genelleştirilmiş motiflerden oluşan küçük ağların yapı taşları olan motiflerle aynı davranışı sergiledikleri ortaya konulmuştur. Spine büyümeleri modellenerek motiflerin bellek davranışına katkıları gösterilmiştir. A lot of theoretical and experimental studies are conducting on the biological memory in order to understand it?s the structure and functions. With the help of the models created and in the light of experimental studies, it is tried to understand the biological networks of memory structures and their motives which is the basic building block of them. In this thesis, the nerve cell is modeled as a single-partition of soma and from this model, specifically the response of the external currents externally applied are evaluated. The chemical synaptic communication link between the cells are added to the model and the data communication between nerve cells are modeled by concentrating on three cells motifs which is thought as input, intermediate and output. A model is created for every possible three cells motifs that can show memory effect, including proposed motifs in biological studies for memory organizations. Additionally, long-term and short-term memory behaviors of biological networks are identified by applying different currents and making different applications on the created motif models by considering the circumstances of stimulating the cells in the form of stimulating or inhibiting each other. It is presented that the small network of generalized motifs behave the same with its building block of motifs. The contributions of motifs to the memory behaviors is showed by modeling the spine growth.