Προσομοίωση νευρικών κυττάρων του αμφιβληστροειδούς με εφαρμογές στην προσθετική αμφιβληστροειδούς - Πολυκρέτης, Ιωάννης (Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών. Τομέας Συστημάτων Μετάδοσης Πληροφορίας και Τεχνολογίας Υλικών, 2016)
Το σχετικά νέο πεδίο της Προσθετικής του Αμφιβληστροειδούς (Retinal Prosthesis) έχει δώσει ελπίδες στους ασθενείς που έχουν χάσει την όρασή τους από κάποια εκφυλιστική ασθένεια των φωτοϋποδοχέων του αμφιβληστροειδούς. Η μέθοδος της Προσθετικής ενεργοποιεί κατάλληλα τα ηλεκτρόδια μιας συστοιχίας, ώστε να δημιουργήσει στον ασθενή την (ψευδ)αίσθηση της όρασης. Το εμφύτευμα διεγείρει τα γαγγλιακά κύτταρα του αμφιβληστροειδούς και δεν επιδρά στην υπόλοιπη υγιή νευρική συνδεσμολογία του χιτώνα. Στην παρούσα διπλωματική εργασία, το ενδιαφέρον εστιάζεται σε μια κατηγορία νευρώνων που συνδέονται με τα γαγγλιακά κύτταρα και ονομάζονται Starburst Amacrine Cells (SACs). Τα κύτταρα αυτά είναι υπεύθυνα για την κωδικοποίηση της κατεύθυνσης κίνησης του οπτικού ερεθίσματος και ίσως μπορούν να αποτελέσουν πρόσφορους στόχους διέγερσης ώστε να βελτιωθεί η ποιότητα της αντιλαμβανόμενης όρασης, υπό συνθήκες κίνησης του οπτικού ερεθίσματος. Στόχος της εργασίας είναι η δημιουργία ενός μοντέλου των SACs, το οποίο θα αποτελέσει πλατφόρμα για τον έλεγχο της παραπάνω υπόθεσης. Καταβάλλεται προσπάθεια, ώστε το μοντέλο να είναι όσο το δυνατόν πλήρες από δομικής και βιοφυσικής άποψης. Για το σκοπό αυτό, το μοντέλο ενσωματώνει πληροφορία για τη γεωμετρική και μορφολογική ιδιαιτερότητα (μέγεθος, σχήμα), αλλά και τα ιδιαίτερα βιοφυσικά χαρακτηριστικά (εξειδικευμένοι τύποι ιοντικών καναλιών) των κυττάρων, όπως έχει προκύψει από πειραματικές μελέτες. Υπολογίζεται η απόκριση του μοντέλου σε κλασικές πειραματικές συνθήκες και συγκρίνεται με την αντίστοιχη των πραγματικών κυττάρων. Επίσης, το μοντέλο ελέγχεται ως προς τη δυνατότητά του να αναπαράγει βασικές ιδιότητες των SACs, όπως η εμφάνιση ηλεκτρικής απομόνωσης γειτονικών δενδριτών και η εμφάνιση προτιμητέας και μη προτιμητέας κατεύθυνσης. Οι παραπάνω έλεγχοι αποδεικνύουν πως η απόκριση του μοντέλου πλησιάζει την απόκριση των πραγματικών κυττάρων ποιοτικά ή/και ποσοτικά. Το μοντέλο μπορεί να χρησιμοποιηθεί στην έρευνα της Προσθετικής Αμφιβληστροειδούς, προσφέροντας μια υπολογιστική πλατφόρμα για τον έλεγχο του αποτελέσματος διαφορετικών σημάτων διέγερσης (ως προς το πλάτος, τη συχνότητα, το είδος της κυματομορφής) ως προς την επιλεκτικότητα διέγερσης των SACs και τη μορφή της παραγόμενης απόκρισης. Με τον τρόπο αυτό, μπορεί να εξακριβωθεί αν τα SACs μπορούν να αποτελέσουν στόχους διέγερσης σε εφαρμογές Προσθετικής του Αμφιβληστροειδούς.