Biyolojik nöral devrelerde senkronizasyon durumlarının incelenmesi

Sinir sistemi, omurgalı veya omurgasız hayvanlar gibi gelişmiş canlılarda yaşamsal fonksiyonları kontrol eden organize bir yapıdır. Canlılardaki hayati fonksiyonlar birbirine farklı topolojilerle bağlı nöron toplulukları arasındaki elektriksel aktivite değişimleri yoluyla gerçekleşir. Bu aktiviteler üzerinden gerçekleşen nöronal iletişim, osilatör davranış sergileyen farklı frekanslardaki beyin ritimlerinin monitörize edilebildiği bölgesel alan potansiyelleri veya EEG kayıtlarından da izlenebilir. Sinir sisteminde büyük öneme sahip olan bu ritmik dalgaların ortaya çıkmasının altında nöronal aktivitede meydana gelen senkronizasyon yatmaktadır. Karmaşık bir sistem yapısı olan sinir sistemi yine karmaşık mekanizmalara bağlı olarak çalışan sinir hücrelerinden ve birbirleri arasındaki iletim hatları şeklindeki sinapslardan meydana gelir. Sistemsel senkronizasyonun tam olarak anlaşılabilmesi için en küçük nörodevreden başlayarak nöron ağlarının biyofiziksel gerçekliğe sahip parametreler üzerinden tam analizinin yapılması gereklidir ve bu çalışmada en başta gelen araştırma konusudur. Bu çalışmada nöronal aktiviteyi oluşturan hücrenin içsel mekanizmalarında ve hücreler arası iletişimde olabilecek biyolojik manada makul değişimlerin, iki sinir hücresinin farklı tipte sinaptik birleşiminden oluşan nöron çiftinde senkronizasyona etkileri araştırılmıştır. Yapılan simülasyonlarda deterministik ve stokastik Hodgkin-Huxley (H-H) denklemleri kullanılmıştır. Elde edilen sonuçlar, nöronların senkronize olabilmeleri için uyarılabilirlik durumlarının, sinaptik ve iyonik iletkenlik seviyesinin hayati öneme sahip olduğunu göstermiştir. Ayrıca iyon kanallarının stokastik doğasından kaynaklanan gürültünün, senkronizasyonun elde edilebilmesi için yardımcı bir biyolojik bileşen olduğu göstermiştir.