Implementación de modelos neuronales sobre un simulador eléctrico

Abstract

[spa] Este trabajo tiene la finalidad de implementar modelos matemáticos de neuronas utilizando la herramienta Cadence, un simulador eléctrico. Los modelos utilizados son el modelo de Hodgkin-Huxley [1] y elmodelo de FitzHugh-Nagumo [2] [3], que son dos de losmodelosmás usados para reproducir el comportamiento de neuronas biológicas. Para poder entender y ejecutar los modelos neuronales, ha sido necesario un trabajo de lectura con el fin de adquirir los conocimientos necesarios para ejecutar satisfactoriamente los objetivos propuestos. Los conocimientos adquiridos más relevantes se encuentran en el Capítulo 1, donde, en primer lugar, se desarrollan conceptos básicos sobre la fisiología de la neurona (Sección 1.1), seguidamente se explican las propiedades eléctricas de una neurona, que nos permiten modelarla con un circuito eléctrico (Sección 1.2), y finalmente algunos conceptos básicos sobre sistemas dinámicos, que son importantes para entender la evolución de las variables del modelo en función del tiempo (Sección 1.3). El desarrollo de los modelos matemáticos utilizados se encuentra en el Capítulo 2. Este capítulo comienza por la introducción del circuito estándar para algunos modelos, como es el caso del modelo de Hodgkin-Huxley (Sección 2.1). Posteriormente, en la Sección 2.2 se introduce y se desarrolla el modelo Hodgkin-Huxley (Sección 2.2), seguido por el desarrollo del modelo de la simulación sináptica en la Sección 2.3; por último, en la Sección 2.4, se introduce y desarrolla el modelo de FitzHugh-Nagumo. En el Capítulo 3 se explica cómo se ha realizado la implementación de los modelos, además de los resultados obtenidos a partir de las simulaciones realizadas para este trabajo. Se ha empezado por el modelo Hodgkin-Huxley (Sección 3.1), explicando cómo se ha implementado el modelo en MATLAB y posteriormente en Cadence. Además, la implementación y los resultados obtenidos a partir de la simulación sináptica también se encuentran en esta sección. La siguiente sección (Sección 3.2) corresponde a la implementación y a los resultados del modelo de FitzHugh-Nagumo. Para finalizar, en la Sección 3.4, se plantea la manipulación de los modelos implementados para buscar el caos como una posible aplicación. El código utilizado para este trabajo se encuentra en los Anexos A y B.