İleri yönlü biyolojik sinir ağlarında bilgi iletimi

Sinir sisteminde bilginin işlenimi farklı nöronal bölgeler tarafından yapılmaktadır. Bu durum, nöronal aktivitenin bir nöron topluluğundan başka bir nöron topluluğuna iletildiğini göstermektedir. Hesaplamalı yaklaşımlar nöronal aktivitenin farklı bilgi işleme birimleri arasındaki propagasyonunun nasıl gerçekleştiğini anlamada etkili araçlar sunmaktadır. Bu bağlamda ileri yönlü sinir ağları modeli sinir sisteminde bilgi iletiminin incelenmesinde basit bir platformdur.Bu çalışma, nöronların biyofiziksel açıdan daha gerçekçi modelleri kullanılarak ileri yönlü ağda nöronal aktivite propagasyonunun daha iyi bir biçimde anlaşılmasını hedeflemektedir. Ağdaki her bir nöron, membran üzerinde gömülü bulunan iyon kanallarının stokastik davranışlarını da içerecek şekilde hücre büyüklüklerine bağlı olarak modellenmiştir. Çalışmada ilk olarak, zayıf periyodik sinyallerin ileri yönlü ağda iletimindeki optimum koşulların belirlenmesi ele alınmıştır. Nöron iç dinamiklerinden kaynaklanan gürültü şiddeti belirli bir seviyenin üzerinde olduğunda, ilk katmana uygulanan zayıf sinyalin sonraki katmanlar tarafından yükseltilerek iletilebildiği tespit edilmiştir. Bunun yanında, sistemdeki gürültü şiddeti ve sinyal frekansı uygun bir biçimde ayarlandığında, katmanlar arasındaki sinaptik bağlantıların olası tüm bağlantı sayısının %4' ü kadar olmasının etkili bir zayıf sinyal iletimi için yeterli olduğu gösterilmiştir.Çalışmada ayrıca oransal kodlama bağlamında, katmanlarda farklı gürültü rejimleri oluşturularak ateşleme oranlarının ileri yönlü ağdaki propagasyonu araştırılmıştır. Tüm gürültü rejimlerinde, ateşleme oranının ağdaki iletiminin katmanlarda nöronların sergilediği senkronizasyon mekanizması ile gerçekleşebileceği ortaya konmuştur. Sözü edilen mekanizmanın ileri yönlü ağda ortaya çıkabilmesinin giriş katmanı ateşleme oranı seviyesine, ağdaki sinaptik bağlantı yoğunluğuna, sinaptik akım istatistiklerine ve nöron iç dinamiklerinden kaynaklanan gürültü şiddetine bağlı olduğu da gösterilmiştir.Tespit edilen sonuçlar literatürdeki deneysel sonuçlarla tutarlılık göstermekte ve ileri yönlü ağda bilgi işlemenin nasıl gerçekleştiğinin anlaşılmasına katkı sağlamaktadır.