
مقاله شبیه سازی شده
ژورنال: IET
سالا: 2012
شبیه سازی مقاله (ادوات فکت شنت در سیستم قدرت)Shunt FACTS Devices for First-Swing Stability Enhancement in Inter-area Power System
مقاله شبیه سازی شده
ژورنال: IET
سالا: 2012
لینک دانلود و خرید پایین توضیحات
فرمت فایل word و قابل ویرایش و پرینت
تعداد صفحات: 10
شبیه سازی انسان
آیا روزی خواهد رسید که هر انسان نمونهای کاملاً شبیه به خود داشته باشد؟ ادعای برخی مراکز علمی و تحقیقاتی مبنی بر موفقیت در همانندسازی انسان واکنشهای متفاوتی را در سراسر دنیا برانگیخته است. این گزارش به کندوکاو در ابعاد گستردة رخداد علمی همانندسازی انسان میپردازد.
مفهوم صحیح همانندسازیاصطلاح همانندسازی یا کلونینگ (cloning) به سه روند کاملاً مجزا از یکدیگر اطلاق میشود. متأسفانه تصور مردم از این عمل برگرفته از فیلمهای غیرواقعی است که در آنها انسانهایی با قدرت خارقالعاده برای شرکت در یک جنگ جهانی تولید میشوند.اما در واقع، در همانندسازی، برخلاف روند طبیعی تولیدمثل دو والدی، دانشمندان از نقشة ژنتیکی یعنی DNA یک جاندار برای تولید موجود دیگری استفاده میکنند.
جاندار تولیدشده از لحاظ ژنتیکی کاملاً مشابه والد خود است. همانندسازی پدیدة جدیدی نیست. دوقلوهای همسان نوعی موجودات همانندسازیشده بهشمار میروند. از یک سلول، دو سلول مشابه ایجاد میشود که ذخیرة ژنتیکی کاملاً یکسانی دارند. بنابراین، دوقلوهای همسان میتوانند از تمام اعضای بدن یکدیگر برای پیوند موفق اعضا استفاده کنند.دکتر مسعود هوشمند، عضو هیئت علمی مرکز ملی تحقیقات مهندسی ژنتیک و تکنولوژی زیستی، متداولترین نوع همانندسازی را شکل جنینی آن ذکر میکند. وی میگوید: «یک سلول تخم به دو سلول تقسیم میشود. هر کدام از دو سلول جدید، در صورت قرار گرفتن در رحم مادر و طی دوران جنینی، انسانی مشابه دیگری ایجاد خواهد کرد. میتوان یکی از این دو سلول را در حالت انجماد حفظ کرد و سالها بعد، در صورت تمایل والدین، در رحم مادر گذاشت. به این ترتیب، فرزندان خانواده کاملاً به هم شبیه میشوند و تنها از لحاظ سنی با یکدیگر اختلاف مییابند. در نوع دیگر همانندسازی، از سلول بالغ استفاده میشود. هستة یک سلول لقاحیافته را خارج میکنیم و هستة سلول بالغی را به جای آن قرار میدهیم. هریک از سلولهای بدن انسان اطلاعات لازم را برای ساخت انسان دیگر در خود دارد، اما سلولهای هر بافت فقط از اطلاعات مربوط به فعالیت همان بافت استفاده میکنند. برای مثال، سلول پوست، با وجود برخورداری از تمام اطلاعات ژنتیکی یک انسان کامل، تنها از دادههای مربوط به بافت پوست استفاده میکند و ژنهای مرتبط با سایر بافتها خاموش هستند. هرگاه هستة این سلول بالغ در داخل تخم لقاحیافته قرار داده شود، ژنهای خاموش فعال میشوند و انسانی با مشخصات ژنتیکی فرد بالغ تولید خواهند کرد. پس از تعویض هسته و تثبیت آن با کمک مواد شیمیایی و جریان الکتریسیته، سلول تخم در داخل رحم مادر قرار داده میشود. جنین حاصل، دیوارة سلولی و مواد داخل آن ـ بهجز DNA ـ را از مادر دریافت کرده است و پس از طی دورة نهماهة بارداری، به روش زایمان طبیعی یا سزارین به دنیا خواهد آمد. نوع سوم شبیهسازی شیوة درمانی آن است. کاربردهای پزشکی این روش بسیار است. برخی از سلولها، مانند سلولهای عصبی، خاصیت تکثیر خود را پس از بلوغ از دست میدهند. با استفاده از روش سوم همانندسازی میتوان سلول پوست فردی را که نیاز به سلول عصبی دارد چنان برنامهریزی کرد که سلول عصبی بسازد. بدن این فرد هیچگاه چنین سلولی را در پیوند پس نخواهد زد زیرا از لحاظ خصوصیات ژنتیکی دقیقاً یکسان هستند.»بسیاری از دانشمندان هدف از همانندسازی را به نتیجه رساندن نوع سوم آن، یعنی شبیهسازی درمانی، میدانند. روشی که در آن میتوان سلولهایی برای مبتلایان به بیماریهای مرگبار ساخت، سلولهایی که دیگر با تهاجم بدن بیمار مواجه نمیشوند چراکه از نظر ژنتیکی کاملاً مشابه سلولهای خود فرد هستند. چند سلول از بدن فرد مبتلا به دیابت گرفته میشود و هستة سلول بیمار به جای هستة یک سلول تخم قرار میگیرد. سلول تخم حاصل در رحم زنی کاشته میشود و فردی با خصوصیات ژنتیکی شخص مبتلا به دیابت بهوجود میآید. اگر به جای این کار، سلول تخم حاصل را در آزمایشگاه رشد دهیم، در میان سلولهای بهوجود آمده، انواعی از سلول به نام سلولهای بنیادی یافت خواهند شد. سلولهای بنیادی از قابلیت تبدیل به بافتهای مختلف بدن برخوردار هستند. در فرد مبتلا به بیماری قند، دانشمندان سلولهای بنیادی را به سلولهای سازندة انسولین تبدیل میکنند. جایگزین کردن سلولهای مذکور در بدن بیمار سبب بهبود وی خواهد شد.دکتر فروزنده محجوبی، متخصص سیتوژنتیک مولکولی پزشکی، مفهوم همانندسازی را بسیار فراتر از شبیهسازی انسانی میداند. وی دربارة سایر کاربردهای مفید همانندسازی میگوید: «ژن مورد نظرمان را از سلول یک موجود زنده خارج میکنیم و در داخل سلول دیگری جای میدهیم. برای مثال، ژن تولید شیر در گاو را جدا میکنیم و آن را درون سلول یک مخمر تکسلولی فعال میکنیم. در نتیجه، برای تولید شیر، نیازی به نگهداری از حیوان بزرگی با جثة گاو نیست. یک تکسلولی کوچک کار ترشح شیر را انجام خواهد داد. این روند در صنایع غذایی انقلاب بزرگی ایجاد میکند.»
تاریخچة همانندسازیسابقة همانندسازی به حدود 20 سال قبل بازمیگردد. در آن زمان، نخستین نوزاد آزمایشگاهی به دنیا آمد. روش باروری آزمایشگاهی شیوة جدیدی را برای تولیدمثل در اختیار محققان گذاشت.
متخصصان لقاح آزمایشگاهی (IVF) روشهای تازهای برای تکثیر جنین یافتند. این مطالعات زمینهساز همانندسازی بود.در جولای 1997، گروهی از دانشمندان اسکاتلندی موفق به شبیهسازی نخستین پستاندار زنده شدند. گوسفندی به نام دالی با استفاده از روش انتقال هستة سلولی به دنیا آمد. دالی تمام مشخصهها و توانمندیهای ژنتیکی گوسفند اصلی را داشت.
دکتر محجوبی در اینباره معتقد است: «شاید در مورد نخستین موجود همانندسازیشده، هدف دانشمندان ارزیابی تواناییهای تکنیکی بشر و قابلیت سلولها برای خلق یک جاندار کامل بود. نباید از یاد برد که اطلاعات دانشمندان در مورد موجودات همانندسازیشده ناقص است. اینکه گوسفند شبیهسازیشده در طول حیات خود چه تفاوتی با سایر حیوانات خواهد داشت، نیاز به بررسیهای بیشتری دارد.»در اوت 2001، گاوی که با استفاده از سلولهای موجود در مایع مترشحه از غدد پستانی همانندسازیشده بود، در ژاپن زایمان کرد و نخستین گوساله از این نوع را به دنیا آورد. گوسالة مذکور چهل کیلوگرم وزن داشت و به هنگام تولد کاملاً طبیعی به نظر میرسید. در همین ماه، در یک تجربة غیرعادی دیگر، نخستین بزی که در کشور چین از طریق شبیهسازی سلولهای یک بز بالغ بهوجود آمده و زنده مانده بود، دو بزغاله به دنیا آورد.
همایه یا سیناپس (به انگلیسی: Synapse) یک ساختار زیستی در پایانهٔ آکسونها است که از راه آن یک سلول عصبی پیام خود را به دندریت یک نورون دیگر یا یاخته ماهیچهای یا یک غده میفرستد. نورونها، بنیادینترین یاختههای عصبی هستند. این یاختهها کار پردازش و رسانش پیامهای عصبی را بر دوش دارند. نورونها از راه رشتههایی بنام دندریت پیام را دریافت کرده و از راه رشتههای دیگری بنام آکسون پیام را به یاخته دیگر رسانش میکنند. در سیناپس نورونها(سلولهای عصبی) به یکدیگر یا به اندامهای بدن پیوسته نمیشوند، بلکه تنها در نزدیکی هم قرار میگیرند و با تراوش پیامرسانهای عصبی (مانند گلوتامات،استیل کولین یا نور اپی نفرین) پیوند برقرار میگردد.
مغز انسان حاوی حدود شصت و هشت میلیارد نورون است که هر کدام توانایی ارتباط و تأثیر روی تعداد زیادی نورون دیگر را دارد. مکانیسم مؤثر و کارآمدی نیاز است تا ارتباط بین این تعداد نجومی از نورونها را برقرار کند. این ارتباط با استفاده از سیناپس صورت میگیرد. اگرچه تعداد زیادی سیناپس وجود دارد، ولی می توان آنها را به دو دسته تقسیم بندی کرد: سیناپس الکتریکی و سیناپس شیمیایی. در سیناپس الکتریکی جریان از شکاف پیوندگاه جاری می شود. در مقابل، سیناپس شیمیایی قادر به ارتباط سلول به سلول توسط ترشح پیام رسان عصبی میباشد. این عاملهای شیمیایی که توسط نورون پیش سیناپسی ترشح میشوند، جریانهای ثانویه در نورون پس سیناپسی را بوسیله فعال کردن گیرندههای خاصی تولید می کنند. در حدود ۱۰۰ نوع پیام رسان عصبی شناخته شده است.
اگرچه تعداد بسیار زیادی سیناپس در مغز انسان وجود دارد، آنها می توانند در دو نوع دسته بندی شوند: الکتریکی و شیمیایی با اینکه تعداد سیناپس الکتریکی کمتر است، ولی این نوع سیناپس در هرسیستم عصبی یافت میشود و اجازهٔ جریان مستقیم و منفعل الکتریکی را میدهد.
نورون تولید کننده جریان الکتریکی، نورون پیش سیناپسی و نورون دریافت کننده جریان، نورون پس سیناپسی نامیده میشود.
در سیناپس الکتریکی غشای دو نورون در ارتباط بسیار نزدیک (در حدود ۳.۵ نانومتر) با هم قرار میگیرند. فاصله غشای سلول ها از هم در این نوع از سیناپس بسیار نزدیک تر از سیناپی شیمیایی است. در سیناپس الکتریکی سلول ها توسط کانال هایی به نام شکاف پیوندگاه با هم ارتباط برقرار می کنند. کانال های شکاف پیوندگاه دقیقاً هم راستای یکدیگر در غشای نورون پیش سیناپسی و پس سیناپسی میباشند و یک روزنه به قطر ۱.۲ تا ۲۲ نانومتر تشکیل می دهند. این روزنه به اندازه کافی بزرگ است تا به یون ها و هم چنین بعضی مولکول های کوچک اجازه دهد تا از یک نورون وارد نورون دیگر شوند. به عبارت دیگر این روزنه بین محتوی سیتوپلاسم یک سلول با سلول دیگر ارتباط برقرار می کند. بنابراین هنگامی که اختلاف پتانسیل غشا و در نتیجه غلظت یون ها در سیتوپلاسم یکی از سلول ها تغییر می کند، سلول دیگر نیز با دریافت یون ها از طریق روزنه شکاف پیوندگاه فعال می شود. به عبارت دیگر سیناپس الکتریکی با اجازه دادن به جریان یونی به عبور از روزنه شکاف پیوندگاه از یک نورون به نورون دیگر عمل می کند. منبع معمول این جریان، اختلاف پتانسیل تولید شده به صورت موضعی توسط پتانسیل کنش میباشد. این آرایش دارای خواص قابل ملاحظهای میباشد ۱)عبور میتواند دو جهته باشد. یعنی بسته به اینکه کدام زوج کوپل شده در معرض پتانسیل کنش قرار گیرد، جریان میتواند در هر دو جهت از شکاف پیوندگاه عبور کند. ۲۲)عبور می تواند به صورت غیرعادی سریع باشد. یعنی ارتباط میتواند بدون تأخیر (مشخصهٔ سیناپس شیمیایی) صورت پذیرد. این ویژگی در عملکرد اولین سیناپس الکتریکی کشف شده آشکار است که در سیستم عصبی ماهی کرایفیش دیده شده است. سیگنال پس سیناپسی در زمانی حدود چند میلی ثانیه بعد از اعمال پتانسیل کنش به نورون پیش سیناپسی دیده میشود. در حقیقت قسمتی از این زمانتاخیر سیناپسی مختصر، مربوط به حرکت پتانسیل کنش در نورون پیش سیناپسی است و در کل در نوع الکتریکی تأخیری نداریم.این سرعت بالا عامل فرار سریع ماهی کرایفیش از دست صیاد است. یعنی زمان بین اعمال تحریک و پاسخ کمینه است.
فضای بین پیش سیناپسی و پس سیناپسی در سیناپس شیمیایی بزرگتر از سیناپس الکتریکی می باشد و گشودگی سیناپسی نامیده می شود.ویژگی بارز همه ی سیناپس های شیمیایی حضور ارکانهای کوچک و محدود به غشا به نام کیسه های سیناپسی داخل ترمینال پیش سیناپسی می باشد.این ارکانهای کروی با یک یا چند حامل عصبی پر شدهاند.عبور در سیناپس شیمیایی بر اساس یک سری رویدادهای پیچیده که در شکل نشان داده شده است صورت می پذیرد. پروسه با اعمال پتانسیل کنش به ترمینال نورون پیش سیناپسی شروع می شود.تغییر در پتانسیل غشا که در اثر رسیدن پتانسیل کنش صورت می گیرد،باعث بازشدن کانال های وابسته به ولتاژ کلسیم در غشای پیش سیناپسی می شود.بخاطر گرادیان غلظت زیاد پتاسیم،بازشدن کانال باعث بوجود آمدن شار جریان یون کلسیم به ترمینال پیش سیناپسی می شود و درنتیجه غلظت یون کلسیم سیتوپلاسم در ترمینال به مقدار بالایی میرسد.غلظت بالای یون کلسیم در پیش سیناپسی ،به کیسه های سیناپسی اجازه آنیخته شدن با غشای پلاسنایی نورون پیش سیناپسی رامی دهد.آمیختگی وابسته به یون کلسیم کیسه های سیناپسی با غشای ترمینال باعث می شود محتویات آنها (مثل حاملهای عصبی) به گشودگی سیناپسی آزاد شوند.سپس پیام رسان های عصبی در میان شکاف سیناپسی پخش می شوند به گیرنده های خاص در غشای نورون پس سیناپسی می چسبند و باعث می شوند کانالهای حساس به لیگاند در غشای پس سیناپسی باز شود و شارش جریان عبوری پتانسیل غشای نورون پس سیناپسی را تغییر می دهد.
در این مقاله یک سیناپس بیولوژیکی به صورت مداری و به صورت آنالوگ طراحی می شود. مدار در تکنولوژی 0.35 میکرومتر طراحی شده است و خروجی های آن نشان داده شده اند.
مقاله با نرم افزار HSpice شبیه سازی شده است. این مقاله در سال 2006 و در مجله علمی IEEE به چاپ رسیده است.
تمام این خروجی ها در نرم افزار HSpice به دست آورده شده است. این مقاله می تواند به عنوان پروژه ای کاملا مناسب و قوی برای دروس مدار مجتمع خطی، VLSI و سایر دروس کارشناسی و کارشناسی ارشد مورد استفاده قرار گیرد.
عنوان مقاله:
An ultra low power current-mode filter for neuromorphic systems and biomedical signal processing
عنوان فارسی:
یک فیلتر حالت جریان کم مصرف برای سیستم های نورومورفیک و پردازش سیگنال بیومدیکال
نویسنده:
Ciacomo Indiveri
Srinjoy Mitra
Chiara Bartolozzi