توصيفگر ها :
حملات صرع , تحريك الكتريكي , قشر مغز , كنترلكننده مدلغزشي تطبيقي
چكيده فارسي :
حملات صرع رويداد موقتي از علائم ناشي از فعاليتهاي غيرطبيعي بيش از حد نورونها در مغز است و حدودا 65 ميليون نفر در سراسر جهان به صرع مبتلا هستند. تشنج و حملات پي در پي از علائم نشاندهنده اين بيماري ميباشد. از جمله روشهاي درمان اين بيماري دارو، جراحي و تحريك الكتريكي و عصبي است. چنانچه شخصي به درمان دارويي پاسخ ندهد و براي جراحي مناسب نباشد از درمان تحريك الكتريكي استفاده ميشود. در اين پاياننامه به معرفي مدلهاي مختلفي از قشر مغز و ارتباط آن با تالاموس و تفسير فعاليتهاي صرعي پرداخته شدهاست و پس از شرح مختصر از هر كدام، مدل پيشنهادي مورد استفاده كه مدل محاسباتي تالاموكورتيكال است، انتخاب ميگردد. انتخاب الگوريتم كنترلي مناسب نيز بسيار مهم است، بنابراين در اين پاياننامه به معرفي الگوريتمهاي كنترلي و مقايسهي آنها ميپردازيم و كنترلكننده طوري طراحي شده است كه فعاليتهاي غيرطبيعي ناشي از حملات را به دنبال فعاليتهاي عادي و مطلوب هدايت كند. هدف اصلي ارتقاء يكي از مدلهاي ديناميكي و بيولوژيكي صرع تا حد امكان و طراحي يك كنترلكننده مدلغزشي تطبيقي با سرعت بالا جهت رسيدن به سيگنال خروجي مطلوب است. به طوريكه در مقايسه با كارهاي قبلي كنترلكننده در برابر عدم قطعيتها و اختلالات وارد شده به سيستم از مقاوم پذيري بالايي برخوردار باشد و به دليل عدم امكان اندازهگيري برخي متغيرها و وجود نامعيني در سيستم از شبكه عصبي پايه شعاعي براي تخمين آنها استفاده شده است و پايداري سيستم كنترلي توسط تابع لياپانوف اثبات ميشود. از طرفي با طراحي كنترلكننده جديد مدلغزشي تطبيقي در مقايسه با كارهاي قبلي مجذور ميانگين مربعات خطا كاهش يافته و دامنه سيگنال كنترلي از نوسانات كمتري برخوردار است. همچنين با اعمال سيگنال اغتشاش عملكرد كنترلكننده بررسي شد. در ادامه عملكرد كنترلكننده مدلغزشي تطبيقي طراحي شده در مدل تالاموكوتيكال چند محفظهاي مورد بررسي قرار ميگيرد. در نهايت نتايج شبيه سازي عملكرد مناسب كنترلكننده مدلغزشي تطبيقي در سركوب تشنجات را نشان ميدهد.
چكيده انگليسي :
Epilepsy is a temporary event of symptoms caused by abnormal over-activation of neurons in brain, and about 65 million people worldwide suffer from it. The main symptom of the disease is seizure. The methods of treating the disease include medicine, surgery, and electrical and nerve stimulation. In the event that a person does not respond to medical treatment and the risk of surgery is high, electrical stimulation treatment is proposed. In this thesis, the computational models of the cortex and its relationship with the thalamus and the interpretation of epileptic activities are addressed, and after a brief description of each model, the proposed model (computational thalamocortical) is selected to study the dynamics of the seizure. Also, choosing the control algorithm is of paramount importance, so in this thesis we introduce and compare control algorithms, and the controller is designed in a way that it directs abnormal activities caused by epilepsies, looking for normal and desirable activities.The main objective of the thesis is to develop a fast robust control technique based on sliding mode control (SMC) in combination with adaptive neural network control to suppress the seizure in a computational thalamocortical model of epilepsy, and due to the impossibility of measuring some variables and uncertainty in the system, a radial basis function (RBF) neural network is used to estimate the upper bounds of the external disturbance and unknown nonlinear function of the plant to be controlled. A critical issue in controlling the nonlinear dynamical systems in the simulations of brain networks is evaluating the performance of the proposed controller in the presence of external disturbance in comparison with the previous works. The bounded stability of all signals in the closed-loop system is guaranteed with a Lyapunov function. To evaluate the accuracy of the proposed control scheme in tracking the desired trajectory (healthy state) the root mean square (RMS) of the tracking error is calculated. The simulation results show the effectiveness of the proposed control scheme compared to the previous works. The control input (continuous deep brain stimulation) is chattering-free without any singularity problem. Also, the performance of the controller is checked by applying the disturbance signal. Moreover, for the first time the performance of the proposed adaptive SMC in controlling the multi-compartment thalamocortical model is investigated.