كنترل صرع در مدل تركيبي قشرمخ و اپتوژنتيك با استفاده از كنترل كننده مدلغزشي انتگرالي فراپيچشي زمان معين

Epilepsy control in a combination of the cortical and optogenetic models using fixed time integral super twisting sliding mode controller

بيماري صرع يكي از مهمترين اختلالات عصبي در جهان به شمار مي‌آيد. براي مهار حملات صرعي، از الگوريتم‌هاي كنترلي گوناگون استفاده شده است. در كنترل حملات صرعي، زمان كنترل و كاهش حملات و مقاوم بودن كنترل كننده در برابر تغييرات پارامترهاي پاتولوژيكي و نوسانات ناخواسته از اهميت زيادي برخوردار است. براي لحاظ اين الزامات و از آنجا كه يكي از روش‌هاي سركوب امواج صرعي، تغيير در ميانگين پتانسيل الكتريكي نورون‌هاي محرك است، در اين مقاله كنترل‌كننده مدلغزشي انتگرالي فراپيچشي زمان معين به مدل تركيبي قشر مغز و اپتوژنتيك اعمال شده است. ابتدا جريان يوني توليد شده در كانال‌هاي يوني در روش اپتوژنتيك، به متغير حالت مربوط به ميانگين پتانسيل الكتريكي نورون‌هاي محرك در مدل قشر مغز اعمال شده و دو مدل اپتوژنتيك و قشر مغز با يكديگر تركيب مي‌شوند تا ولتاژ كنترلي اعمال شده به سيستم، از طريق مدل اپتوژنتيك به صورت فوتون‌هاي نور به نورون‌هاي ناحيه صرعي در مغز اعمال مي‌شود. سپس كنترل‌كننده مذكور به اين مدل تركيبي اعمال مي‌شود با اين هدف كه مدل صرعي، مدل سالم را در مدت زمان معين دنبال كند. در نهايت با استفاده كنترل كننده مدلغزشي انتگرالي زمان معين فراپيچشي ديده مي‌شود كه در مدت زمان معين، خطاي همگرايي وضعيت صرعي به وضعيت سالم كاملا صفر شده است، دامنه سيگنال كنترل نسبت به حالت مدلغزشي كلاسيك كاهش يافته و همچنين مشكلات تكينگي و نوسانات ناخواسته كه از محدوديت‌هاي كنترل‌كننده مدلغزشي كلاسيك هستند، برطرف شده است.

Epilepsy is one of the most important neurological disorders in the world. In order to suppress epileptic seizures, various control algorithms have been used. Time to control and reduce attacks and robustness of the controller against variations of pathologic parameters and unwanted oscillations are important to control epileptic seizure. In order to consider these requirements and considering that one of the methods used to suppress epileptic waves is the change in mean soma (electric) potential of the excitatory neurons, this paper applies a fixed-time integral super twisting sliding mode controller to the combination of cortical and optogenetic models. First, the ion current produced in ion channels in optogenetic method is applied to the state variable of the mean electric potential of the excitatory neurons of the cortical model and the cortical and optogenetic models are combined and the controlled voltage applied to the system is applied to neurons of the epileptic zone of the brain as optic photons via the optogenetic model. Then, the mentioned controller is applied to the hybrid model so that the healthy model is tracked by the epileptic model in a fixed time. Finally, using the fixed-time integral super twisting sliding mode controller, the convergence error of the epileptic state to the healthy state has become zero. The amplitude of the control signal is reduced compared to the classic sliding mode control and technical problems and unwanted oscillations which are the shortcomings of the classic sliding mode controller are resolved.