مدلسازی اثر میدان مغناطیسی ثابت بر تولید پتانسیل عمل در نورون

نوع مقاله : مقاله برق

نویسندگان

1 استادیار، گروه مهندسی پزشکی، دانشگاه صنعی همدان

2 گروه برق، دانشکده فنی مهندسی، واحد ساوه، دانشگاه آزاد اسلامی ، ساوه، ایران

10.22075/jme.2020.19694.1849

چکیده

علی رغم نگرانی عمومی در مورد تاثیر میدان های مغناطیسی بر سلامت انسان، استفاده از ادوات مغناطیسی در پزشکی بالینی رو به افزایش است. با این حال اثر یک میدان مغناطیسی ثابت بر تولید پتانسیل عمل در نورون هنوز بطور صریح توضیح داده نشده است. در کار تحقیقاتی پیش رو مدلی فیزیکی برای تشریح اثر یک میدان مغناطیسی ثابت بر تحریک پذیری نورون ارائه می‌شود. صحت مدل پیشنهادی بر اساس شبیه‌سازی به کمک یک نرم افزار همگانی موسوم به اچ. اچ. سیم، که معادلات مدل هوجکین و هاکسلی را در نرم افزار متلب پیاده‌سازی می‌کند، راست‌آزمایی می-شود. مدل ارائه شده برای تشریح اثر میدان مغناطیسی ثابت بر تحریک‌پذیری نورون با داده‌های تجربی و همچنین نتایج شبیه‌سازی بر اساس مدل هوجکین هاکسلی مطابقت دارد. شبیه‌سازی با نرم افزار اچ. اچ. سیم کاهش دامنه جریان محرک متناسب با اندازه چگالی شار مغناطیسی ثابت اعمال شده و وقفه حاصل در تولید پتانسیل عمل را تایید نمود. تفکیک جزئی بار الکتریکی ناشی از نیروی مغناطیسی وارد بر یون های متحرک در درون نورون بعنوان عامل پیدایش میدان الکتریکی القایی هال در جهتی عمود بر جهت هدایت پتانسیل عمل در امتداد آکسون معرفی گردید. شارش جریان متناظر با این میدان الکتریکی سبب کاهش جریان یونی که برای دشارژ ظرفیت خازنی غشاء در دسترس است می‌گردد که به نوبه خود منجر به کاهش تحریک‌پذیری نورون می‌شود

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Modeling the Influence of a Steady Magnetic Field on Action Potential Generation in Neurons

نویسندگان [English]

  • Shahriar Jamasb 1
  • Ali Elyasi 2
1 Assistant Professor, Biomedical Engineering Department, Hamedan University of Technology, Hamedan, 65169-13733, Iran
2 Department of Electrical Engineering, Saveh Branch, Islamic Azad University, Saveh, Iran
چکیده [English]

In spite of increasing public concern about the impact of magnetic fields on health, use of magnetic devices in the practice of clinical medicine is on the rise. However, the influence of a constant magnetic field on action potential generation and conduction in neurons is yet to be definitively explained. In this work a physical model is presented which accounts for the influence of a steady magnetic field on neuron excitability. The validity of the proposed model is verified based on simulations using a public-domain software known as HHSim, which implements the Hodgkin-Huxley model equations in MATLABTM. The proposed model accounting for the influence of a steady magnetic field on neuron excitability is in agreement with experimental observations as well as simulations based on the Hodgkin-Huxley model. Simulations using the HHSim software verified the reduction in the amplitude of the depolarizing excitation current in proportion to the magnitude of the magnetic flux density leading to action potential suppression. The separation of ionic charge resulting from the magnetic force acting on the mobile ions in the intracellular space was introduced as the origin of a Hall electric field in a direction perpendicular to action potential transmission along the axon. The current flow associated with this electric field, in turn, leads to the reduction of the ionic current available for discharging the membrane capacitance, thereby reducing the neuron excitability

کلیدواژه‌ها [English]

  • Magnetic Field. neuron
  • action potential
  • Hall Effect