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Previous issue date: 2015-02-26 / CNPQ / FACEPE / Sistemas sensoriais biológicos usualmente são formados por redes complexas de milhares
de neurônios capazes de discernir estímulos cujas intensidades podem cobrir várias ordens
de magnitude, o que se traduz em uma grande faixa dinâmica. Estudos recentes sugerem que
grandes faixas dinâmicas emergem como um fenômeno coletivo de vários elementos excitáveis
de pequena faixa dinâmica conectados entre si. Este efeito tem possíveis aplicações práticas na
construção de sensores biologicamente inspirados de alta sensibilidade e grande faixa dinâmica.
Motivado por este fato, esta tese propõe o uso de circuitos eletrônicos de extrema simplicidade
para a construção de redes de elementos excitáveis.
Um circuto eletrônico excitável, inspirado na dinâmica do modelo de FitzHugh-Nagumo
para excitabilidade neuronal, serve como elemento básico na construção de redes. Para conectar
tais circuitos, um outro circuito eletrônico que simula o comportamento de sinapses químicas
é utilizado. Devido à sua simplicidade, ambos os circuitos permitem fácil modelagem
matemática, além de poderem ser reproduzidos em larga escala. Ainda assim, os circuitos
dão liberdade para controle de parâmetros importante da dinâmica, como escalas temporais e
intensidades de acoplamento.
O uso destes circuitos eletrônicos, juntamente com circuitos complementares, como geradores
de ruído, permitem a investigação diversos fenômenos coletivos envolvendo elementos
excitáveis. Neste trabalho focamos nossos esforços no estudo de efeitos de simetria sináptica,
que levem à ressonâcia de coerência ou incoerência e no fenômeno de alargamento de faixa
dinâmica. / Biological sensory system are usually composed of complex networks of thousands of neurons
capable of differentiating stimuli ranging many orders of magnitude, which translates to
a large dynamic range. Recent works suggest that large dynamic ranges arise as a collective
phenomenon of many excitable elements of low dynamic range connected together. This effect
has possible practical applications in the construction of biologically inspired sensors with high
sensibility and dynamic range. With such motivation, this thesis proposes the use of electronic
circuits of extreme simplicity in the construction of excitable elements networks.
An excitable electronic circuit, inspired in the dynamics of the FitzHugh-Nagumo model
for neuronal excitability, is the building block in the construction of networks. To connect such
circuits, another electronic circuit mimicking the behavior of chemical synapses is employed.
Due to their simplicity, both circuits allow for straightforward mathematical modeling and
reproduction in large scale. Despite that, important dynamic parameters such as time scales
and coupling strengths can be controlled.
The use of those electronic circuits, along with other complementary circuits like noise
generators, allows for the investigation of many collective phenomena where excitable elements
are the main agents. In this work we focus our efforts in the study of synaptic symmetry effects
that lead to coherence or incoherence resonance and in the phenomenon of dynamic range
increase.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufpe.br:123456789/15001 |
| Date | 26 February 2015 |
| Creators | MEDEIROS, Bruno Nogueira de Souza |
| Contributors | http://lattes.cnpq.br/9400915429521069, SILVA, Mauro Copelli Lopes |
| Publisher | UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO, Programa de Pos Graduacao em Fisica, UFPE, Brasil |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Breton |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFPE, instname:Universidade Federal de Pernambuco, instacron:UFPE |
| Rights | Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil, http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/, info:eu-repo/semantics/openAccess |
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