Modelos neuronales memresistivos

Abstract

"El memresistor ha sido llamado el cuarto elemento básico de circuitos eléctricos y desde la implementación en estado sólido, ha surgido un remarcable interés por desarrollar aplicaciones que aprovechen la naturaleza del dispositivo, en específico su capacidad de funcionamiento como memoria no volátil de donde surge su nombre (resistencia con memoria). En este trabajo se muestra que los canales iónicos de potasio y de sodio que se distribuyen sobre el axón de las neuronas pueden ser representados desde el punto de vista eléctrico como memresistores genéricos de primer y segundo orden respectivamente. En particular, dichos memresistores se caracterizaron para mostrar bajo entrada periódica la histéresis pinchada en el plano voltaje-corriente y la dependencia del área de histéresis a la frecuencia de la señal de entrada periódica las cuales son características propias del comportamiento memresistivo y específicas para cada memresistor genérico. Lo cual permite obtener circuitos eléctricos que contienen memresistores genéricos, derivados de los modelos de Hodgkin-Huxley y Morris-Lecar y se muestra la ausencia de estos dispositivos en los modelos de FitzHugh-Nagumo y Hindmarsh-Rose. Asímismo, al no existir memresistores comerciales con las características específicas mostradas en el presente trabajo, se propone una emulación digital para cada memresistor genérico de los canales iónicos, donde las respuestas de spike y bursting típicas de los modelos de neurona son también obtenidas mediante simulaciones numéricas con el emulador propuesto."

"The memristor has been named the fourth basic element of electric circuits and since the solid state implementation has emerged an remarkable interest for develop applications that take advantages of the nature of the device, in specifically its ability to work as non-volatile memory hence its name (memory resistor). This work shows that the potassium ionic channels and sodium ionic channels that are distributed over the entire length of the neural axon can be represented from the electric point of view as generic memristors of first and second order, respectively. In particular, the memristors has been characterized to show under periodic entry signal the pinched hysteresis loop in the voltage-current plane and the dependency of the hysteresis area to the frequency of the periodic entry signal, which are the fingerprints of memristors and specific for each generic memristor. The previous result allows to obtain electric circuits that contain generic memristors originated from the Hodgkin-Huxley and Morris-Lecar models and shows the absence of this devices in the FitzHugh-Nagumo and Hindmarsh-Rose models. The absence of commercial memristors with the specific characteristics showed in the present work brings to the proposal of a digital emulator for each generic memristor of the ionic channels. The typical response of spikes and bursting of the neural models are also preserved in the numerical simulations of the proposed emulator."