Periyodik kuplajın ölçeksiz ağlarda zamansal düzenliliğe etkileri

Sinir sistemi canlıların en karmaşık yapısını oluşturmaktadır. Bu karmaşık yapının temel taşları nöronlardır. Nöronlar sinir sisteminde belirli fonksiyonları yerine getiren birbirleriyle bağlı nöron toplulukları şeklinde bulunurlar. Sinir sisteminde meydana gelen bilgi işleme ve iletim olaylarını açıklamak için karmaşık ağ modellerinden faydalanılır. Bu bağlamda sinir sistemindeki fonksiyonel grupların ağ topolojilerini modellemede en etkin modellerden biri de ölçeksiz ağ topolojisidir. Yakın zamana kadar sinirbilim alanında bilginin kodlanmasına dair yapılan hesaplamalı çalışmaların pek çoğunda biyolojik bir gerçeklik olan nöronlar arasındaki sinaptik bağlantı şiddetinin değişkenliği hesaba katılmamıştır. Sinir sistemindeki nöronlar farklı fonksiyonel görevleri olan özelleşmiş gruplar halinde bulunur. Bu durum göz önüne alındığında nöronlar arasındaki değişken bağlantı şiddetinin sinir sistemindeki bilgi işleme ve kodlama üzerinde önemli etkilere neden olabilir. Buradan hareketle bu çalışmanın ilk bölümünde Hodgkin-Huxley nöronlarından meydana gelen ölçeksiz bir ağda nöronlar arasındaki periyodik kuplajın nöronları ateşleme örüntüleri üzerindeki etkileri ele alınmıştır. Bu amaçla periyodik kuplaj şiddetinin frekansının ve genliğinin ateşleme düzenliliği üzerindeki etkileri kanal gürültüsüne bağlı olarak ayrı ayrı ele alınmıştır. Daha sonra ağın ortalama bağlantı derecesinin ve ölçeksiz ağdaki toplam nöron sayısının kanal gürültüsüne bağlı olarak ateşleme örüntüleri üzerindeki etkileri ele alınmıştır. Elde edilen sonuçlardan, periyodik kuplajın frekansına bağlı olarak ağın ateşleme düzenliliğinin çoklu koherans rezonans bulgusu sergilediği belirlenmiştir. Ayrıca ağın ateşleme düzenliliğinin periyodik kuplaj şiddetinin genliğine bağlı olarak resonans benzeri davranış sergilediği görülmüştür. elde edilmiştir. İlaveten ağda düzenliliğin maksimum olduğu optimal bir ortalama bağlantı derecesinin varlığı bulunmuştur. Bunlara ek olarak ağdaki toplam nöron sayısının ateşleme düzenliliği üzerindeki etkileri incelenmiş ve toplam nöron sayısının artmasına bağlı olarak ateşleme düzenliliğinin artığı tespit edilmiştir. Tezin ikinci bölümünde ise, nöronlar arasındaki değişken bağlantı şiddetinin bilginin işlenmesi ve kodlanması üzerindeki etkileri incelenmiştir. Bu amaçla periyodik kuplaj şiddetinin frekansının ve genliğinin eşik-altı sinyal kodlamaya etkileri kanal gürültüsüne bağlı olarak ele alınmıştır. Ayrıca buradan elde edilen sonuçlar göz önünde bulundurarak ağın ortalama bağlantı derecesinin ve nöral ağdaki toplam nöron sayısının eşik-altı sinyal işlemeye etkileri araştırılmıştır. Elde edilen sonuçlardan, H-H nöronlarından oluşan ölçeksiz ağda eşik-altı sinyallerin optimal kodlanabilmesi için periyodik kuplaj şiddetinin frekansının ve genliğinin, iyon kanal gürültüsünün şiddetinin ve ağın ortalama bağlantı derecesinin optimal değerlerinde olması gerektiği sonucuna varılmıştır.