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http://cicese.repositorioinstitucional.mx/jspui/handle/1007/3229| Diseño, construcción y sincronización de neuronas electrónicas Design, construction, and synchronization of electronic neurons | |
| GUILLERMO ORTEGA MORALES | |
| Jonatan Peña Ramirez RICARDO FRANCISCO NUÑEZ PEREZ | |
| Acceso Abierto | |
| Atribución | |
| Neuronas electrónicas, sincronización, redes neuronales, sistemas híbridos Electronic neurons, synchronization, neural networks, Hybrid systems | |
| El cerebro humano es un órgano muy importante del cuerpo humano. De hecho, este complejo órgano puede verse como el “controlador” del cuerpo ya que es el encargado de regular todos los impulsos nerviosos. Uno de los componentes esenciales del cerebro son las neuronas, las cuales son células que tienen como función principalrecibir, procesar y transmitir información, ya sea mediante sinapsis química o eléctrica. Dependiendo del tipo de información y/o actividad, las neuronas pueden exhibir diferentes comportamientos dinámicos como por ejemplo, espigueo, ráfagas de espigas, espigueo caótico, entre otros. Para poder estudiar el comportamiento neuronal, de una manera no invasiva, se han desarrollado diferentes modelos matemáticos, los cuales son capaces de reproducir el comportamiento dinámico, o al menos las formasde onda observadas en mediciones “In-vivo” e “In-vitro”. Dichos modelos también permiten estudiar la aparición de comportamiento colectivo o sincronización en grupos de neuronas. Esta tesis aborda el estudio de neuronas desde una perspectiva de Dinámica y Control. En particular, se presenta un estudio analítico, numérico y experimentaldel comportamiento dinámico observado en una versión modificada del modelo neuronal de Izhikevich. Como primer punto, esta tesis introduce una modificación al modelo neuronal propuesto por Izhikevich, la cual consiste en reemplazar la función de conmutación estática del modelo original por una función de conmutación dinámica, lo cual permite analizar el modelo modificado como un sistema híbrido con dos modos de operación. Además, el modelo modificado es usado para construir una “neurona electrónica”, es decir, un circuito electrónico analógico capaz de reproducir los comportamientos dinámicos del modelo modificado de Izhikevich. Finalmente, se investiga la aparición de sincronización en un par y en una red de neuronas, para lo cual se utiliza la teoría de estabilidad de Lyapunov y la función maestra de estabilidad. The human brain plays a very important role in the human body. In fact, this complex organ can be seen as “the controller” of the human body because this organ governs the nervous system. One of the key components in the brain are the neurons. The main function of the neurons is to receive, to process, and to transmit information either via chemical synapses or via electrical synapses. Depending on the type of activity to be performed, the neurons may exhibit different dynamic behaviors like for example spiking, bursting, chaotic bursting, among others. In order to study the neuronal behavior, in a non-invasive manner, the scientist have developed several mathematical models, which allow reproducing most of the neuronal behaviors or at least to reproduce the wave forms obtained from “In-vivo” e “In-vitro” measurements. Also, these models allow studying the onset of collective behavior and synchronization in groups of neurons. This thesis aims to contribute to the study of neurons from a Dynamics and Control perspective. In particular, the thesis presents an analytic, numeric, and experimental study related to the Izhikevich neuronal model. As a first step, a modified version of the Izhikevich model is presented. The modification consists in replacing the static reset function in the original model by a dynamic reset. With the proposed modification, the system can be modelled as a hybrid system with two operating modes. Furthermore, this modification allows implementing the model with electronic circuits, i.e. the modified model is used in order to design and to construct an electronic neuron, which can reproduce most of the dynamic behaviors observed in the original Izhikevich model. Finally, the onset of synchronization in a pair and in a network of modified Izhikevich neurons is investigated. In the analysis, we use the Lyapunov stability theory and the Master Stability Function approach. | |
| CICESE | |
| 2020 | |
| Tesis de maestría | |
| Español | |
| Ortega Morales, G. 2020. Diseño, construcción y sincronización de neuronas electrónicas. Tesis de Maestría en Ciencias. Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada, Baja California. 99 pp. | |
| CIRCUITOS | |
| Aparece en las colecciones: | Tesis - Electrónica y Telecomunicaciones |
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| Tesis_Guillermo_Ortega Morales_20_feb_2020.pdf | Versión completa de la tesis | 17.72 MB | Adobe PDF | Visualizar/Abrir |