مدل رقابت دو چشمی بر اساس مدل نورونی Hodgkin-Huxley

خالقیان, میترا; مهری, علیرضا; راستی, رضا

مدل رقابت دو چشمی بر اساس مدل نورونی Hodgkin-Huxley

نوع مقاله : مقاله های پژوهشی

نویسندگان

¹ دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه بیوالکتریک و مهندسی پزشکی و کمیته‌ی تحقیقات دانشجویی، دانشکده‌ی فن‌آوری‌های نوین، دانشگاه علوم پزشکی اصفهان، اصفهان، ایران

² استاد، گروه بیوالکتریک و مهندسی پزشکی، دانشکده‌ی فن‌آوری‌های نوین و مرکز تحقیقات پردازش سیگنال و تصاویر پزشکی، دانشگاه علوم پزشکی اصفهان، اصفهان، ایران

³ دانشجوی دکتری، گروه بیوالکتریک و مهندسی پزشکی، دانشکده‌ی فن‌آوری‌های نوین، دانشگاه علوم پزشکی اصفهان، اصفهان، ایران

چکیده

مقدمه: زمانی که دو چشم با دو تصویر به طور کامل متفاوت مواجه شوند، نواحی منطبق با هم در شبکیه‌ی دو چشم، با دو محرک به طور کامل متفاوت تحریک می‌شوند و به جای دریافت یک تصویر ثابت، مغز تناوبی از دو تصویر را درک می‌کند که به آن رقابت دو چشمی می‌گویند. مطالعه‌ی این پدیده، ابزار هوشمندی برای بررسی فرایندهای ادراکی به شمار می‌آید.روش‌ها: با در نظر گرفتن شبکه‌ای از نورون‌های تحریکی و مهاری از نوع Hodgkin-Huxley در معماری شبکه‌ی نورون‌های قشر بینایی مغز، رفتار نورون‌های اسپایکینگ جفت شده در لایه‌ی قشری مغز که در پدید آمدن این پدیده اثر مستقیم دارند، مدل‌سازی می‌شود. برای بررسی عملکرد این مدل، از خطوط جهت‌دار به عنوان دو محرک اعمالی به دو چشم استفاده می‌شود.یافته‌ها: بازسازی زمان غلبه‌ی دید هر چشم در رقابت دو چشمی و عدم وابستگی دو دوره‌ی زمان غلبه‌ی موفق پیاپی، توسط این مدل مطرح می‌شود. همچنین، اثر تغییرات اعمال شده در قدرت محرک اعمالی به هر یک از دو چشم بررسی و مشاهده شد که تغییر قدرت محرک اعمال شده به یک چشم، تنها روی زمان دوره‌ی غلبه چشم طرف مقابل اثر می‌گذارد و افزایش قدرت محرک اعمال شده به هر دو چشم، به طور موازی متوسط زمان دوره‌ی غلبه را کاهش می‌دهد.نتیجه‌گیری: نتایج حاصل از این مدل، به نتایج تجربی که از این پدیده شناخته شده است، بسیار نزدیک می‌باشد و بسیاری از مشخصه‌های دینامیکی این پدیده را بازسازی می‌کند. همچنین، یافته‌های این مطالعه، نظریه‌هایی را که در مطالعات مربوط به این پدیده مطرح می‌شوند، تأیید می‌کند.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Binocular Rivalry Model Based On Hodgkin-Huxley Neuron

نویسندگان [English]

Mitra Khaleghian ¹
Alireza Mehri ²
Reza Rasti ³

¹ MSc Student, Department of Biomedical Engineering AND Student Research Committee, School of Advanced Medical Technology, Isfahan University of Medical Sciences, Isfahan, Iran

² Professor, Department of Biomedical Engineering, School of Advanced Medical Technology AND Medical Image and Signal Processing Research Center, Isfahan University of Medical Sciences, Isfahan, Iran

³ PhD Student, Department of Biomedical Engineering, School of Advanced Medical Technology, Isfahan University of Medical Sciences, Isfahan, Iran

چکیده [English]

Background: When two eyes are faced with two completely different sights, corresponding areas of the two eyes retina triggered with entirely two different stimulus and instead of receiving a fixed and stable image of two stimulus, brain perceive the alternation of the two images. This phenomenon is known as an intelligent tool to study cognitive processes.Methods: Taking a network of excitatory and inhibitory Hodgkin-Huxley type neuron in network architecture of visual cortex, the behavior of coupled spiking neuron in cortical brain that have a direct effect on the emergence of this phenomenon was modeled. To evaluate the performance of this model, direction lines as the two stimuli were applied to the eyes.Findings: Rebuilding the predominance time of each eye, and independence between the two successive dominance times were reported by this model. In addition, the effect of changes in the stimulus applied to each of the two eyes was studied and it was figured out that applied changing stimulus strength to one eye was affected only on dominance time of the other eye. Besides, increasing stimulus strength of both eyes decreased mean dominance time.Conclusion: Obtained results of this model were consistent with known experimental result for this phenomenon and many of dynamics features of this phenomenon reconstructed. Discussed theories in this field were also confirmed.

کلیدواژه‌ها [English]

Binocular rivalry
Hodgkin-Huxley neuron
Stimulus time dominance

مراجع

Alais D, Cass J, O'Shea RP, Blake R. Visual sensitivity underlying changes in visual consciousness. Curr Biol 2010; 20(15): 1362-7.
Blake R. A Primer on binocular rivalry, including current controversies. Brain and Mind 2001; 2(1): 5-38.
Levelt WJM. The alternation process in binocular rivalry. Br J Psychol 1966; 57(3-4): 225-38.
Brascamp JW, Klink PC, Levelt WJ. The 'laws' of binocular rivalry: 50 years of Levelt's propositions. Vision Res 2015; 109(Pt A): 20-37.
Blake R, Logothetis N. Visual competition. Nat Rev Neurosci 2002; 3(1): 13-21.
Blake R. A neural theory of binocular rivalry. Psychol Rev 1989; 96(1): 145-67.
Tong F, Meng M, Blake R. Neural bases of binocular rivalry. Trends Cogn Sci 2006; 10(11): 502-11.
Lehky SR. An astable multivibrator model of binocular rivalry. Perception 1988; 17(2): 215-28.
Freeman AW. Multistage model for binocular rivalry. J Neurophysiol 2005; 94(6): 4412-20.
Dayan P. A hierarchical model of binocular rivalry. Neural Comput 1998; 10(5): 1119-35.
Said CP, Heeger DJ. A model of binocular rivalry and cross-orientation suppression. PLoS Comput Biol 2013; 9(3): e1002991.
Kilpatrick Z, Bressloff P. Binocular rivalry in a competitive neural network with synaptic depression. SIAM J Appl Dyn Syst 2010; 9(4): 1303-47.
Wilson HR. Computational evidence for a rivalry hierarchy in vision. Proc Natl Acad Sci USA 2003; 100(24): 14499-503.
Laing CR, Chow CC. A spiking neuron model for binocular rivalry. J Comput Neurosci 2002; 12(1): 39-53.