Compartmental neuron models
ڈینڈرائٹس کا کمپارٹمنٹل ماڈلنگ ڈینڈرائٹس کے ملٹی کمپارٹمنٹ ماڈلنگ سے متعلق ہے، تاکہ پیچیدہ ڈینڈرائٹس کے برقی رویے کو سمجھنا آسان ہو۔ بنیادی طور پر، ڈینڈرائٹس کا کمپارٹمنٹل ماڈلنگ نئے حیاتیاتی نیوران ماڈل تیار کرنے کے لیے ایک بہت مددگار ٹول ہے۔ ڈینڈرائیٹس بہت اہم ہیں کیونکہ وہ بہت سے نیوران میں سب سے زیادہ جھلی کے علاقے پر قابض ہوتے ہیں اور نیوران کو ہزاروں دیگر خلیوں سے جڑنے کی صلاحیت دیتے ہیں۔ اصل میں یہ خیال کیا جاتا تھا کہ ڈینڈرائٹس میں مستقل چالکتا اور کرنٹ ہوتا ہے لیکن اب یہ سمجھا گیا ہے کہ ان میں فعال وولٹیج گیٹڈ آئن چینل ہوسکتے ہیں، جو نیوران کی فائرنگ کی خصوصیات کو متاثر کرتے ہیں اور سنپیٹک ان پٹ پر نیوران کے ردعمل کو بھی متاثر کرتے ہیں۔ ڈینڈرائٹس کے برقی رویے کو سمجھنے کے لیے بہت سے ریاضیاتی نمونے تیار کیے گئے ہیں۔ ڈینڈرائیٹس بہت شاخ دار اور پیچیدہ ہوتے ہیں، اس لیے ڈینڈرائیٹس کے برقی رویے کو سمجھنے کے لیے کمپارٹمنٹل نقطہ نظر اسے بہت مفید بناتا ہے۔ تعارفی ماڈلنگ متحرک نظاموں کی ماڈلنگ کا ایک بہت ہی فطری طریقہ ہے جس میں تحفظ کے اصولوں کے ساتھ کچھ موروثی خصوصیات ہوتی ہیں۔ کمپارٹمنٹل ماڈلنگ ایک خوبصورت طریقہ ہے، جو تحفظ کے قوانین کے تحت چلنے والے متحرک نظاموں کو خوبصورت طریقے سے پکڑنے کے لیے ریاستی جگہ کی تشکیل ہے۔ چاہے وہ کمیت، توانائی، سیال کے بہاؤ یا معلومات کے بہاؤ کا تحفظ ہو۔ بنیادی طور پر، وہ ایسے ماڈل ہیں جن کی حالت کے متغیرات غیر منفی ہوتے ہیں (جیسے کمیت، ارتکاز، توانائی)۔ تو بڑے پیمانے پر توازن، توانائی، ارتکاز یا سیال کے بہاؤ کے لیے مساوات لکھی جا سکتی ہیں۔ یہ بالآخر نیٹ ورکس تک جاتا ہے جس میں دماغ ان سب میں سب سے بڑا ہوتا ہے، بالکل ایوگاڈرو نمبر کی طرح، انووں کی بہت بڑی مقدار جو آپس میں جڑے ہوتے ہیں۔ دماغ میں بہت دلچسپ باہمی روابط ہوتے ہیں۔ خوردبین سطح پر تھرموڈینامکس کو سمجھنا عملی طور پر ناممکن ہے لیکن میکروسکوپک نقطہ نظر سے ہم دیکھتے ہیں کہ یہ کچھ عالمگیر قوانین کی پیروی کرتے ہیں۔ اسی طرح دماغ میں متعدد باہمی روابط ہوتے ہیں، جن کے لیے تفریقی مساوات لکھنا تقریبا ناممکن ہے۔ (یہ الفاظ ڈاکٹر قاسم حداد کے ایک انٹرویو میں کہے گئے تھے) پہلے اور دوسرے تھرموڈینامک قوانین، جو کہ عالمگیر قوانین ہیں، کو دیکھ کر دماغ کے افعال کے بارے میں عمومی مشاہدات کیے جا سکتے ہیں۔ دماغ ایک بہت بڑے پیمانے پر باہم جڑا ہوا نظام ہے ؛ نیوران کو کسی نہ کسی طرح کیمیائی رد عمل کے نظام کی طرح برتاؤ کرنا پڑتا ہے، اس لیے اسے کسی نہ کسی طرح کیمیائی تھرموڈینامک قوانین کی پابندی کرنی پڑتی ہے۔ یہ نقطہ نظر دماغ کے زیادہ عام ماڈل کا باعث بن سکتا ہے۔ (یہ الفاظ ڈاکٹر قاسم حداد کے ایک انٹرویو میں کہے گئے تھے) متعدد کمپارٹمنٹس پیچیدہ ڈینڈریٹک ڈھانچے کو ایک دوسرے سے جڑے ہوئے متعدد کمپارٹمنٹس کے طور پر مانا جا سکتا ہے۔ ڈینڈرائٹس کو چھوٹے چھوٹے ڈبوں میں تقسیم کیا گیا ہے اور وہ ایک دوسرے سے جڑے ہوئے ہیں جیسا کہ شکل میں دکھایا گیا ہے۔ یہ فرض کیا جاتا ہے کہ ٹوکری آئسوپوٹینشل ہے اور اس کی خصوصیات میں مقامی طور پر یکساں ہے۔ جھلی کی غیر یکسانیت جیسے قطر میں تبدیلیاں، اور وولٹیج کے فرق کمپارٹمنٹس کے درمیان پائے جاتے ہیں لیکن ان کے اندر نہیں۔ ایک سادہ دو حصوں والے ماڈل کی مثال: دو حصوں والے ماڈل پر غور کریں جس میں حصوں کو رداس اور لمبائی کے ساتھ آئسوپوٹینشل سلنڈر کے طور پر دیکھا جاتا ہے۔ ith کمپارٹمنٹ کی جھلی کی صلاحیت ہے۔ مخصوص جھلی کی صلاحیت ہے۔ مخصوص جھلی مزاحمت ہے۔ کل الیکٹروڈ کرنٹ، یہ فرض کرتے ہوئے کہ ڈبے میں ہے، اس کے ذریعہ دیا جاتا ہے۔ طول البلد مزاحمت اس کے ذریعہ دی جاتی ہے۔ اب اس توازن کے مطابق جو ہر ڈبے کے لیے موجود ہونا چاہیے، ہم. eq (1) کہہ سکتے ہیں کہ ith ڈبے کی جھلی کے فی یونٹ ایریا میں کیپسیٹیو اور آئنک کرنٹ کہاں اور کہاں ہیں۔ یعنی۔ ان کو اور. eq (2) کے ذریعے دیا جا سکتا ہے اگر ہم فرض کریں کہ آرام کی صلاحیت 0 ہے۔ پھر حساب کرنے کے لیے، ہمیں کل محوری مزاحمت کی ضرورت ہے۔ چونکہ کمپارٹمنٹس محض سلنڈر ہوتے ہیں اس لیے ہم کہہ سکتے ہیں. eq (3) اوھم قانون کا استعمال کرتے ہوئے ہم ith سے jth کمپارٹمنٹ تک کرنٹ کا اظہار کر سکتے ہیں اور. eq (4) جوڑی کی اصطلاحات اور eq (3) کو الٹ کر اور دلچسپی کے سطح کے رقبے سے تقسیم کر کے حاصل کیے جاتے ہیں۔ تو ہم حاصل کرتے ہیں اور آخر میں، ڈبے کا سطحی رقبہ i ہے۔ اگر ہم ان سب کو ایک ساتھ رکھیں تو ہمیں ملتا ہے. eq (5) اگر ہم استعمال کریں اور پھر eq (5) بن جائے گا. eq (6) اب اگر ہم صرف سیل 1 میں کرنٹ داخل کرتے ہیں اور ہر سلنڈر ایک جیسا ہوتا ہے تو ہم وضاحت کر سکتے ہیں۔ ان پٹ مزاحمت کم ہو جاتی ہے۔ صلاحیت میں اضافے کے لیے، جوڑے ہوئے نظام کا کرنٹ اس سے زیادہ ہونا چاہیے جو غیر جوڑے ہوئے نظام کے لیے ضروری ہے۔ اس کی وجہ یہ ہے کہ دوسرا ڈبہ کچھ کرنٹ نکالتا ہے۔ اب، ہم ایک ٹری لائک ڈھانچے کے لیے ایک عمومی کمپارٹمنٹل ماڈل حاصل کر سکتے ہیں اور مساوات کثیر کمپارٹمنٹل کیبل ماڈل میں کمپیوٹیشنل درستگی میں اضافہ مرکز میں ان پٹ ہیں۔ ہر ڈینڈریٹک سیکشن کو حصوں میں تقسیم کیا جاتا ہے، جسے عام طور پر یکساں سرکلر سلنڈر یا ٹیپرڈ سرکلر سلنڈر کے طور پر دیکھا جاتا ہے۔ روایتی کمپارٹمنٹل ماڈل میں، پوائنٹ پروسیس لوکیشن کا تعین صرف آدھے حصے کی لمبائی کی درستگی کے لیے کیا جاتا ہے۔ یہ ماڈل حل کو خاص طور پر حصے کی حدود کے لیے حساس بنائے گا۔ اس وجہ سے روایتی نقطہ نظر کی درستگی O (1/n) ہوتی ہے جب ایک پوائنٹ کرنٹ اور مطابقت پذیر ان پٹ موجود ہوتا ہے۔ عام طور پر ٹرانس میمبرین کرنٹ جہاں جھلی کی صلاحیت معلوم ہوتی ہے ماڈل میں پوائنٹس، یا نوڈس پر پیش کی جاتی ہے اور اسے مرکز میں سمجھا جاتا ہے۔ نیا نقطہ نظر ان پٹ کے اثر کو حصے کی حدود میں تقسیم کرکے تقسیم کرتا ہے۔ لہذا کسی بھی ان پٹ کو نوڈس کے درمیان حصے کی پراکسیمل اور ڈسٹل حدود میں تقسیم کیا جاتا ہے۔ لہذا، یہ طریقہ کار اس بات کو یقینی بناتا ہے کہ حاصل کردہ حل ان حدود کے مقام میں چھوٹی تبدیلیوں کے لیے حساس نہیں ہے کیونکہ یہ نوڈس کے درمیان ان پٹ کو تقسیم کرنے کے طریقے کو متاثر کرتا ہے۔ جب یہ کمپارٹمنٹس مسلسل صلاحیتوں کے ساتھ جڑے ہوتے ہیں اور سیگمنٹ کی حدود میں کرنٹ کے تحفظ سے جڑے ہوتے ہیں تو پھر ایک نئی ریاضیاتی شکل کا ایک نیا کمپارٹمنٹ ماڈل حاصل ہوتا ہے۔ یہ نیا نقطہ نظر روایتی ماڈل سے ملتا جلتا ماڈل بھی فراہم کرتا ہے لیکن ایک آرڈر زیادہ درست ہے۔ یہ ماڈل درستگی اور درستگی کو شدت کی ترتیب سے بڑھاتا ہے جو کہ پوائنٹ پروسیس ان پٹ کے ذریعے حاصل کیا جاتا ہے۔ کیبل تھیوری ڈینڈرائیٹس اور محور کو ڈبوں کی سیریز کے بجائے مسلسل (کیبل کی طرح) سمجھا جاتا ہے۔ کچھ ایپلی کیشنز انفارمیشن پروسیسنگ اعصابی نظام کے افعال کی تفہیم کو بڑھانے کے لیے کمپیوٹیشنل ماڈل کے ذریعے ایک تکنیکی پلیٹ فارم کے ساتھ ایک نظریاتی فریم ورک فراہم کیا جاتا ہے۔ نیورونل سرگرمی کی بنیاد پر مالیکیولر اور بائیو فزیکل میکانزم میں بہت ترقی ہوئی۔ انفارمیشن پروسیسنگ کے بعد ڈھانچے اور فنکشنل تعلقات اور قواعد کو سمجھنے میں اسی طرح کی پیش رفت کرنی ہوگی۔ پہلے ایک نیوران کو ٹرانجسٹر سمجھا جاتا تھا۔ تاہم، حال ہی میں یہ دکھایا گیا ہے کہ مختلف نیوران کی مورفولوجی اور آئنک ساخت خلیے کو بہتر کمپیوٹیشنل صلاحیتیں فراہم کرتی ہے۔ یہ صلاحیتیں پوائنٹ نیوران کے ذریعے پکڑی جانے والی صلاحیتوں سے کہیں زیادہ اعلی درجے کی ہیں۔ کچھ نتائج: سی اے 1 اہرام نیوران کے انفرادی اپیکل اوبلیک ڈینڈرائٹس کے ذریعہ دیئے گئے مختلف نتائج سیل باڈی میں لکیری طور پر مل جاتے ہیں۔ ان ڈینڈرائٹس سے آنے والے آؤٹ پٹ دراصل انفرادی کمپیوٹیشنل اکائیوں کی طرح برتاؤ کرتے ہیں جو ان پٹ کو یکجا کرنے کے لیے سگمائڈل ایکٹیویشن فنکشن کا استعمال کرتے ہیں۔ پتلی ڈنڈریٹک شاخیں ہر ایک ایک عام پوائنٹ نیوران کے طور پر کام کرتی ہیں، جو آنے والے اشاروں کو حد بندی غیر لکیری کے مطابق جوڑنے کی صلاحیت رکھتی ہیں۔ دو پرتوں والے نیورل نیٹ ورک کے ذریعے مختلف ان پٹ پیٹرن کی پیش گوئی میں درستگی کو مدنظر رکھتے ہوئے، یہ فرض کیا جاتا ہے کہ ماڈل کو بیان کرنے کے لیے ایک سادہ ریاضیاتی مساوات استعمال کی جا سکتی ہے۔ یہ نیٹ ورک ماڈلز کی ترقی کی اجازت دیتا ہے جس میں ہر نیوران، ایک مکمل کمپارٹمنٹ سیل کے طور پر ماڈل ہونے کے بجائے، اسے ایک آسان دو پرتوں والے نیورل نیٹ ورک کے طور پر ماڈل کیا جاتا ہے۔ خلیے کے فائرنگ پیٹرن میں آنے والے سگنلز کے بارے میں عارضی معلومات ہو سکتی ہیں۔ مثال کے طور پر، دونوں مصنوعی راستوں کے درمیان تاخیر۔ سنگل سی اے 1 میں آنے والے سگنلز پر اسپاٹیو-عارضی معلومات کو وصول کنندہ سیل میں انکوڈنگ اور منتقل کرنے کی صلاحیت ہے۔ مستقل سرگرمی دینے کے لیے کیلشیم ایکٹیویٹڈ نان اسپیسفک کیٹیشنک (سی اے این) میکانزم کی ضرورت ہوتی ہے اور صرف سنپیٹک محرک این ایم ڈی اے میکانزم کی بڑھتی ہوئی چالکتا کا استعمال کرتے ہوئے مستقل سرگرمی کو متاثر نہیں کرتا ہے۔ این ایم ڈی اے/اے ایم پی اے مستقل سرگرمی کی حد کو مثبت طور پر بڑھاتا ہے اور مستقل سرگرمی کے لیے درکار سی اے این کی مقدار کو منفی طور پر منظم کرتا ہے۔ مڈ برین ڈوپامینجک نیوران کی حرکت، حوصلہ افزائی، توجہ، اعصابی اور نفسیاتی عوارض اور نشے کے رویے کا ڈوپامینجک سگنلنگ سے مضبوط اثر پڑتا ہے۔ ڈوپامینجک نیوران میں وینٹرل ٹیگمنٹل ایریا (وی ٹی اے) اور سبسٹینٹیا نگرا پارس کمپیکٹا (ایس این سی) میں ویو میں 1 سے 8 ہرٹز کی حد میں کم بے قاعدہ بیسال فائرنگ فریکوئنسی ہوتی ہے۔ یہ تعدد انعام یا غیر متوقع انعام کی پیش گوئی کرنے والے کیو کے جواب میں ڈرامائی طور پر بڑھ سکتی ہے۔ انعام سے پہلے کے اعمال کو اس پھٹنے یا فیزیک سگنل سے تقویت ملتی ہے۔ ایکشن پوٹینشیل جنریشن کے لیے کم حفاظتی عنصر کم زیادہ سے زیادہ مستحکم تعدد کا نتیجہ دیتا ہے۔ ڈی پولرائزنگ پلس کے جواب میں عارضی ابتدائی تعدد کو ڈسٹل ڈینڈرائٹس میں Ca2 + جمع ہونے کی شرح سے کنٹرول کیا جاتا ہے۔ ملچ-کمپارٹمنٹل ماڈل سے حاصل ہونے والے نتائج دوبارہ تعمیر شدہ مورفولوجی کے ساتھ حقیقت پسندانہ تھے۔ لہذا، ڈینڈریٹک فن تعمیر کی نمایاں شراکت کو آسان ماڈل کے ذریعے حاصل کیا گیا ہے۔ موڈ لاکنگ وقتا فوقتا مجبور کرنے کے لیے پرجوش نظاموں کے موڈ لاکنگ رسپانس کے لیے نیورو سائنس میں بہت سے اہم ایپلی کیشنز ہیں۔ مثال کے طور پر، تھیٹا تال ہپپوکیمپس میں مقامی طور پر توسیع شدہ جگہ کے خلیوں کو مقامی مقام کے بارے میں معلومات دینے والا کوڈ تیار کرنے کے لیے چلاتی ہے۔ وقتا فوقتا کرنٹ انجکشن کا ردعمل پیدا کرنے میں نیورونل ڈینڈرائٹس کے کردار کو ایک کمپارٹمنٹل ماڈل (ہر کمپارٹمنٹ کے لیے لکیری ڈائنامکس کے ساتھ) کا استعمال کرتے ہوئے ایک فعال سوما ماڈل کے ساتھ جوڑا جا سکتا ہے جو ایکشن پوٹینشل پیدا کرتا ہے۔ کچھ نتائج: پورے نیوران ماڈل کا ردعمل یعنی۔ سوما اور ڈینڈرائٹس، بند شکل میں لکھے جا سکتے ہیں۔ وقتا فوقتا مجبور کرنے کے لیے مقامی طور پر توسیع شدہ ماڈل کا ردعمل سٹروبوسکوپک نقشے کے ذریعے بیان کیا گیا ہے۔ ارنولڈ زبان کا نیم فعال ماڈل نقشے کے لکیری استحکام کے تجزیے کے ساتھ بنایا جا سکتا ہے جس میں سوما ماڈل کی عدم تفریق کو احتیاط سے سمجھا جاتا ہے۔ زبانوں کی شکل نیم فعال جھلی کی موجودگی سے متاثر ہوتی ہے۔ افراتفری کے رویے کے لیے پیرامیٹر کی جگہ میں کھڑکیوں کو گونج دار ڈینڈریٹک جھلی کے ساتھ بڑھایا جا سکتا ہے۔ عالمی قوت کے لیے مقامی طور پر توسیع شدہ نیوران ماڈل کا ردعمل پوائنٹ فورسنگ سے مختلف ہے۔ مقامی موافقت کے ساتھ کمپارٹمنٹل نیورل سمیلیشنز طریقہ کار کی کمپیوٹیشنل لاگت نظام کے جسمانی سائز کے ساتھ نہیں بلکہ تخروپن میں موجود سرگرمی کی مقدار کے ساتھ پیمائش کرتی ہے۔ بعض مسائل کے لیے مقامی موافقت 80 فیصد تک کم ہو جاتی ہے۔ ایکشن پوٹینشل (اے پی) انیشی ایشن سائٹ محور کے ابتدائی حصے میں اے پی انیشی ایشن کے لیے ایک منفرد سائٹ قائم کرنا اب قبول نہیں کیا جاتا ہے۔ اے پی کو نیوران مورفولوجی کے مختلف ذیلی علاقوں کے ذریعے شروع اور منظم کیا جا سکتا ہے، جس نے کمپیوٹیشن میں انفرادی نیوران کی صلاحیتوں کو وسیع کیا۔ کمپارٹمنٹل ماڈلز کا استعمال کرتے ہوئے نیوران کے ایکسوسومیٹوڈینڈریٹک محور کے ساتھ ایکشن پوٹینشل انیشی ایشن سائٹ کے مطالعے کے نتائج: ڈینڈریٹک اے پی مساوی منتشر آدانوں کے مقابلے میں مطابقت پذیر مقامی طور پر کلسٹرڈ آدانوں کے ذریعے زیادہ مؤثر طریقے سے شروع کیے جاتے ہیں۔ ابتداء کی جگہ کا تعین ڈینڈریٹک ان پٹ سے ایکسون ٹرگر زون تک اوسط برقی فاصلے سے بھی کیا جا سکتا ہے، لیکن اسے دو ٹرگر زونوں کی نسبتا جوش و خروش اور متعدد عوامل سے مضبوطی سے ماڈیول کیا جا سکتا ہے۔ محدود ریاستی آٹومیٹن ماڈل کے ساتھ ایک محدود ریاستی آٹومیٹن ماڈل ملٹی نیوران سمیلیشن عصبی جھلیوں کی سب سے اہم خصوصیات کو ماڈلنگ کرنے کی صلاحیت رکھتا ہے۔ کمپارٹمنٹل ماڈلز کو محدود کرنا ایکسٹرا سیلولر ایکشن پوٹینشل ریکارڈنگ کا استعمال کرتے ہوئے کیا جا سکتا ہے جو ایک سے زیادہ وولٹیج ریکارڈنگ اور جینیاتی الگورتھم کا استعمال کرتے ہوئے کیا جا سکتا ہے۔ CA1 اہرام سیل کا ملٹی کمپارٹمنٹل ماڈل۔ ہپپوکیمپل کی جوش و خروش میں ہونے والی تبدیلیوں کا مطالعہ کرنے کے لیے جو کیلشیم پر منحصر جھلی کے میکانزم میں عمر بڑھنے سے پیدا ہونے والی تبدیلیوں کے نتیجے میں ہوتی ہیں، CA1 اہرام سیل کا ملٹی کمپارٹمنٹل ماڈل استعمال کیا جا سکتا ہے۔ ہم سی اے 1 کی حوصلہ افزائی میں عمر بڑھنے سے پیدا ہونے والی تبدیلیوں کا نمونہ سادہ جوڑے کے طریقہ کار کے ساتھ بنا سکتے ہیں جو منتخب طور پر مخصوص قسم کے کیلشیم چینلز کو مخصوص کیلشیم پر منحصر پوٹاشیم چینلز سے جوڑتے ہیں۔ الیکٹریکل کمپارٹمنٹلائزیشن ریڑھ کی ہڈی کی پلاسٹکٹی الیکٹریکل کمپارٹمنٹلائزیشن کے ذریعے پوسٹسیناپٹک کیلشیم سگنلز کو کنٹرول کرتی ہے۔ برقی کمپارٹمنٹلائزیشن کے عمل کے ذریعے ریڑھ کی گردن کی پلاسٹکٹی ریڑھ کی ہڈی میں کیلشیم کی آمد کو متحرک طور پر منظم کر سکتی ہے (سنپیٹک پلاسٹکٹی کے لیے ایک کلیدی محرک)۔ حرکت حساس نیوران میں مضبوط کوڈنگ محور اور ڈینڈرائیٹس میں مختلف رسیپٹو فیلڈز حرکت حساس نیوران میں مضبوط کوڈنگ کی بنیاد رکھتے ہیں۔ چالکتا پر مبنی نیوران ماڈل کم شاخ دار یا غیر شاخ دار مورفولوجیز اور فعال ڈینڈرائٹس کے ساتھ چالکتا پر مبنی کمپارٹمنٹ نیوران ماڈل کی صلاحیتیں اور حدود۔ کمپیوٹیشنل نیورو سائنس ڈائنامکل سسٹم ملٹی کمپارٹمنٹ ماڈل کنیکشنزم نیورل نیٹ ورک بائیولوجیکل نیوران ماڈل نیورل کوڈنگ برین کمپیوٹر انٹرفیس نیورل انجینئرنگ نیورو انفارمیٹکس ریاضیاتی ماڈل وبائی امراض میں کمپارٹمنٹ ماڈل فزیالوجی پر مبنی فارماکوکینٹک ماڈلنگ حوالہ جات بیرونی لنکس: سپر کمپیوٹنگ پر ٹیڈ ٹاک: حیاتیاتی ماڈلنگ کی لیبارٹری: فارماکوکینٹکس ماڈلنگ ٹیوٹوریل: فارماکوکینٹکس میں دو کمپارٹمنٹ ماڈل کی افادیت: فارماکوکینٹکس نیورو سائنس ریاضیاتی ماڈلنگ غیر لکیری نظام متحرک نظام