اهمیت زمان‌بندی و نرخ اسپایک در مدل گیرنده‌ی مکانیکی Merkel

نویسندگان

1 دانشیار، گروه مهندسی پزشکی، دانشکده‌ی پزشکی، دانشگاه علوم پزشکی کرمانشاه، کرمانشاه، ایران

2 دانشجوی دکتری، گروه مهندسی پزشکی (بیوالکتریک و بالینی)، دانشکده‌ی علوم و فن‌آوری‌های پزشکی، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران

3 دانشیار، گروه مهندسی پزشکی (بیوالکتریک و بالینی)، دانشکده‌ی علوم و فن‌آوری‌های پزشکی، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران

doi
10.22122/jims.v36i498.10270
چکیده

مقدمه: حس لمس، نقش مهمی در تعاملات ما با محیط اطراف دارد. بازوهای مکانیکی، ربات‌ها و پروتزهای عصبی، با داشتن حس لمس عملکرد بهتری خواهند داشت. مطالعات میکرونوروگرافی در انسان‌ها، نشان داده است که نورون‌های آوران اولیه مانند گیرنده‌های مکانیکی نوک انگشت، نقش مهمی در کدگذاری و تفکیک‌پذیری انواع مختلفی از تحریک‌ها با استفاده از الگوهای قطار اسپایک دارند.روش‌ها: یک روش آزمایشگاهی برای شبیه‌سازی پاسخ‌های گیرنده‌ی تطابق آهسته‌ی نوع I به تحریک نیرو با در نظر گرفتن رفتار اسپایکی، به کار گرفته شده است. در واقع، برای تشخیص نیرو، از داده‌های حسگر و ویژگی اسپایکی استفاده گردید. سیگنال آنالوگ حسگر، به عنوان جریان ورودی به مدل نورونی Izhikevich به منظور به دست آوردن قطارهای اسپایک اعمال شد. ویژگی‌های قطارهای اسپایک با کدگذاری نرخی و کدگذاری زمان‌بندی اسپایک استخراج شد. ویژگی‌های مورد نظر، به طبقه‌بندی کنند‌ه‌ی K-nearest neighbor (kNN) و Support vector machines (SVM) جهت طبقه‌بندی انواع نیروها داده شد.یافته‌ها: بالاترین دقت طبقه‌بندی ویژگی کدگذاری نرخی با درستی 100 درصد، ویژگی‌های Inter-spike intravel coefficient of variation (ISI CV) با درستی 18/81 درصد و Victor-purpura distance (VPd) با درستی 82 درصد به دست آمد. همچنین، با استفاده از قطارهای اسپایک حاصل از نیروی تماس اطلاعات متقابل، کدگذاری نرخی و کدگذاری زمانی نیز محاسبه شد.نتیجه‌گیری: ارسال اطلاعات با روش کدگذاری نرخی از کدگذاری زمان‌بندی اسپایک در تحریک گیرنده‌ی مکانیکی Merkel بیشتر است. همچنین، با افزایش نیرو، میزان آتش کردن گیرنده‌ی مکانیکی Merkel نیز افزایش می‌یابد.