Biyolojik nöronlardan oluşmuş ölçeksiz ağın dinamiklerinin araştırılması

Sinir sistemi milyarlarca nöron ve bunlar arasındaki bağlantılardan meydana gelen karmaşık bir yapıya sahiptir. Bu karmaşık yapı içerisinde nöronlar farklı fonksiyonel görevleri olan nöronal gruplar halinde bulunmaktadır. Bu bağlamda karmaşık ağ modelleri sinir sisteminde meydana gelen bilgi işleme ve iletme mekanizmalarını açıklamak amacıyla nöral ağların modellenmesinde sıklıkla başvurulan yollardan biridir. Ölçeksiz ağ modeli de sinir sisteminde ki fonksiyonel grupların bağlantı topolojilerini modellemede faydalanılan bir ağ topolojisidir.Bu tez çalışmasında biyofiziksel gerçekliği daha iyi yansıtan nöron modelleri kullanılarak ölçeksiz ağlarda sinirsel bilginin kodlanması, iletimi ve nöral senkronizasyon konuları ele alınmıştır. Ağdaki her bir nöron iyon kanallarının stokastik doğasından kaynaklanan iyon kanal gürültüsünü de içerecek şekilde zar alanına bağlı olarak modellenmiştir. Çalışmada ilk olarak, zayıf periyodik sinyallerin ölçeksiz ağda optimal olarak kodlanabilmesi için gerekli koşulların belirlenmesi ele alınmıştır. Nöronun iç dinamiklerinden kaynaklanan iyon kanal gürültüsünün, zayıf periyodik sinyalin frekansının, ağın ortalama bağlantı derecesinin ve kuplaj şiddetinin optimal bir değerinde zayıf sinyalin en iyi kodlandığı tespit edilmiştir. Çalışmada ayrıca zayıf periyodik sinyallerin ölçeksiz ağlarda iletimi incelenmiş olup, zayıf periyodik sinyalin uygulanma yerine bakılmaksızın belirli bir gürültü değerinde uygulanan zayıf periyodik sinyalin ağ üzerinde optimal iletilebildiği tespit edilmiştir. Bunların yanı sıra bilgi iletim gecikmesinin uygun değerlerinde bu iletimin daha da iyileştiği belirlenmiştir.Çalışmada son olarak gecikmenin nöronların uzaysal ve zamansal senkronizasyonu üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Ağda artan gecikme değerleri ile birlikte nöronların farklı senkronizasyon geçişleri gösterdikleri tespit edilmiştir. Ayrıca uygun gecikme değerlerinde uzaysal ve zamansal senkronizasyonun arttığı tespit edilmiştir.