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Previous issue date: 2010 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Sistemas sensoriais biológicos usualmente são formados por redes complexas de milhares
de neurônios e podem atingir altos níveis de sensibilidade. O ser humano, por exemplo, consegue
perceber objetos em uma noite sem luar, apenas sob o brilho das estrelas assim como sob
incidência direta da luz do Sol. A diferença entre estas intensidades luminosas chega a 100 dB,
o que corresponde a uma razão de 109 entre seus valores. Esta sensibilidade elevada se traduz
em uma faixa dinâmica larga. Estudos recentes em física estatística sugerem que faixas dinâmicas
largas emergem de sistemas excitáveis como um fenômeno coletivo de vários elementos
excitáveis, cujas faixas dinâmicas são pequenas. Este efeito tem possíveis aplicações práticas
na construção de sensores de alta sensibilidade a partir de vários elementos iguais de baixa
sensibilidade. Este trabalho propõe um circuito eletrônico excitável simples como o elemento
básico na construção de um sensor eletrônico de alta sensibilidade.
O circuito, composto apenas de um amplificador operacional, um capacitor e resistores,
apresenta dinâmica semelhante àquela do modelo neuronal de FitzHugh-Nagumo. Propriedades
deste modelo, como a bifurcação de Hopf que leva o sistema a oscilar em um ciclo limite
estável, podem ser observadas experimentalmente. Dois modelos dinâmicos bidimensionais
são propostos para descrever o circuito a partir dos quais ajustamos os dados experimentais. A
não-linearidade do circuito tem origem no amplificador operacional, que se comporta como um
circuito comparador e cuja dinâmica é governada por uma função similar à função de Heaviside
ou degrau.
Em sistemas neuronais, a resposta a um estímulo pode variar de amostra para amostra
mesmo que a intensidade do estímulo se mantenha constante. Como fontes dessa variabiliadade
podemos citar a aleatoriedade dos vários processos biofísicos que governam a geração
de potenciais de ação (spikes) além da própria natureza estocástica dos estímulos (flutuações
na concentração de odorante, tomando como exemplo o sistema sensorial olfatório). Procuramos
reproduzir estes efeitos no estímulo aplicado ao circuito eletrônico excitável através de
um gerador de ruído analógico, cujo princípio de operação é baseado na amplificação do ruído
térmico de um diodo Zener na região de breakdown. A intensidade do estímulo é controlada
através de uma tensão DC constante, que é adicionada ao ruído. A estatística dos spikes gerados
pelo circuito excitável sob este estímulo pode ser modelada por um processo de Poisson homogêneo.
Temos, então, um conversor DC-Poisson, ou seja, a intensidade de um sinal constante é
convertido em uma taxa de Poisson. Medimos a resposta do circuito excitável ao estímulo DC
adicionado de ruído e obtivemos a relação entre a tensão DC e a taxa de Poisson, a partir da
qual a faixa dinâmica do circuito excitável é calculada
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufpe.br:123456789/6491 |
| Date | 31 January 2010 |
| Creators | MEDEIROS, Bruno Nogueira de Souza |
| Contributors | SILVA, Mauro Copelli Lopes da |
| Publisher | Universidade Federal de Pernambuco |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFPE, instname:Universidade Federal de Pernambuco, instacron:UFPE |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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