مطالعۀ تأثير ميدان الكتريكي نوساني در زمان و مكان بر فعاليت نوروني به كمك مدل نورون نقطه‌اي توسعه‌ يافته

با توجه به ساختار الكتريكي - شيميايي سلول‌هاي عصبي، انتظار مي‌رود كه اعمال تحريك الكتريكي بر ديناميك‌ شبكه ‌هاي عصبي تأثير گذاشته، و فعاليت مغزي را تقويت يا تضعيف كند. برهمين مبنا در دو دهۀ گذشته، استفاده از تحريك الكتريكي براي درمان اختلالات عصبي مانند افسردگي، صرع، پاركينسون، و … مقبوليت زيادي پيدا كرده‌است. البته پاسخ بافت عصبي به تحريك بيروني، خطي نيست، يعني مطالعات عملي بر روي مدل‌هاي حيواني و نيز مدل‌سازي‌هاي محاسباتي، نشان مي‌دهند كه تغيير در دامنه و الگوي تغييرات تحريكِ الكتريكي مي‌تواند به نتايج كاملاً متفاوتي منجر شود. در اغلب روش‌هاي تحريك، ميدان الكتريكي ناشي از تزريقِ مستقيم جريان به سَر (و مغز) شدت نسبتاً پاييني دارد. درك ناقص از سازوكار و پيچيدگي‌هاي تحريكِ الكتريكي، گاهي پزشكان را به اتخاذ رويكردِ مبتني ‌بر آزمون و خطا وادار مي‌سازد؛ يعني عملا بيمار را در معرض خطر قرار مي‌دهد. ما با استفاده از مدل‌سازي محاسباتي، و به صورت تحليلي پاسخ غشاي تك نورون به تحريك جرياني خارج سلولي را كه در مكان و زمان نوسان مي‌كند محاسبه كرده، و اثر ويژگي‌هاي مختلف تحريك خارج سلولي بر پاسخ نوروني را بررسي كرده‌ايم. مشخصاً، ناهمگني مكاني ميدان الكتريكي، و اثرگذاري آن بر فعاليت نورون را، با استفاده از مدل توسعه‌يافتۀ نقطه‌اي كه ساده اما حاوي اطلاعات هندسي سلول عصبي است، اولين‌بار و به‌طور كامل در نظر گرفته‌ايم. نتايج به دست‌آمده نشان مي‌دهند كه پاسخ وابسته به بسامد زماني نورون‌ها شديداً به بسامد و فاز مكاني تحريك بستگي دارد. در واقع شدت ناهمگني ميدان در مكان مي‌تواند رفتار بسامدي نورون را تحت تأثير قرار دهد. نتايج اين مطالعه به طراحي روش‌هاي بهينه براي تحريك بافت عصبي، و همچنين تخمين ميزان خطرات ناشي از قرار گرفتن ناخواسته در ميدان هاي الكتريكي كمك مي‌كند.