کتاب علوم اعصاب نظری، مدل‌سازی ریاضی و محاسباتی سیستم‌های نورونی

Theoretical Neuroscience Computational and Mathematical Modeling of Neural Systems,

Book by Peter Dayan, Laurence F. Abbott

در این کتاب روش‌های پایه‌ای ریاضی و محاسباتی علوم اعصاب نظری و برخی از کاربردهای آن در زمینه‌هایی مانند بینایی، ادغام حسی حرکتی، یادگیری و حافظه مورد مطالعه قرار می‌گیرد. مطالب کتاب به سه بخش عمده تقسیم می‌شود. در بخش I ارتباط محرک‌های حسی و پاسخ‌های نورونی با تمرکز روی بازنمایی اطلاعات توسط فعالیت شلیکی نورون‌ها مورد بررسی قرار می‌گیرد. در بخش II مدل‌سازی نورون‌ها و مدارهای عصبی بر اساس بیوفیزیک سلولی و سیناپسی مطالعه می‌شود. در بخش III به تجزیه و تحلیل نقش پذیری در یادگیری و تکامل پرداخته می‌شود.

 

کتاب دینامیک عصبی

Neuronal dynamics,
From Single Neurons to Networks and Models of Cognition,

Book by Wulfram Gerstner, Werner M. Kistler, Richard Naud and Liam Paninski.

در این کتاب سعی شده به سوال‌هایی که ظاهری ساده دارند ولی پاسخ آن‌ها دشوار و چالش برانگیز هستند پاسخ داده شود، سوال‌هایی از این قبیل:

زمانیکه تصمیمی می‌گیریم چه اتفاقی در مغز رخ می‌دهد؟ چه چیزی نورون را تحریک می‌کند تا یک سیگنال بفرستد؟ یک کد نورونی چیست؟ و...
این کتاب معرفی نسبتا جامع و به روزی راجع به زمینه‌های علوم اعصاب نظری و محاسباتی در اختیار خواننده قرار می‌دهد. این کتاب هم شامل موضوعات کلاسیکی مانند معادلات هاشکین-هاکسلی و مدل هاپفیلد است و هم تحولات جدید در رشته‌هایی مانند مدل‌های خطی تعمیم یافته و نظریه تصمیم گیری را مورد مطالعه قرار می‌دهد. به دلیل اینکه مفاهیم به صورت گام به گام شرح داده می‌شوند وکتاب شامل تصاویر و مثال‌های متعدد است، مطالعه‌ی آن برای افرادی که دانش ابتدایی راجع به معادلات دیفراسیل و احتمالات دارند هم مناسب است.

کتاب مبانی ریاضی علوم اعصاب

Mathematical Foundations of Neuroscience,
Book by G. Bard Ermentrout David H. Terman.

نویسندگان این کتاب تلاش کرده‌اند ادبیات و مفاهیم علوم اعصاب را برای ریاضیدانانی که به تازگی به علوم اعصاب علاقمند شده‌اند مطرح کنند. دراین کتاب روش‌های دینامیک غیرخطی در حل مسائل مربوط به علوم اعصاب و مطالعه‌ی الگوهای فعالیت نورونی مورد استفاده قرار می‌گیرد. همچنین راجع به روش‌های بکار بردن ریاضیات در مورد مسائل مربوط به علوم اعصاب صحبت می‌شود و به موضوعاتی مانند ساختن مدل‌ها و بکاربردن روش‌های محاسباتی و تئوری‌های ریاضی برای تحلیل آن‌ها استفاده می‌شود. نویسندگان ترکیبی از روش‌های عددی، تحلیلی و ابزارهای سیستم‌ دینامیکی را برای رسیدن به رویکردی نوین در تحلیل مدل‌های نورونی معرفی ‌می‌کنند. در بخش‌های مختلف کتاب به بررسی نقش اختلال (نویز)، مقیاس‌های زمانی مختلف و ارتباط بخش‌های مغزی در تولید الگوهای پیچیده‌ی فعالیت مغز پرداخته می‌شود.

فصل‌های اولیه کتاب که پیش نیاز زیادی نیاز ندارند به عنوان یک منبع برای علوم اعصاب محاسباتی برای دانشجویان دوره‌ی کارشناسی قابل دنبال کردن هستند و تنها دانستن ریاضیات عمومی و معادلات دیفرانسیل برای آن کافی است. فصل‌های پایانی کتاب نیز برای یادگیری مباحث پایه‌ای علوم اعصاب محاسباتی برای دانشجویان تحصیلات تکمیلی مناسب است.

به عنوان مقایسه‌ای اجمالی بین این کتاب و کتاب  Dynamical Systems in Neuroscience که در پست قبل معرفی شد می‌توان به این نکته اشاره کرد که در کتاب Izhikevich تاکید بر نقش سیستم دینامیکی در مطالعه‌ی رفتار یک تک نورون است، در حالیکه در این کتاب علاوه بر تک نورون به تحلیل و بررسی شبکه‌های نورونی با رویکردهای مختلف پرداخته می‌شود.

مرکز تحقیقاتی مهندسی عصبی پژوهشگاه دانش‌های بنیادی

• Brain Engineering Research Center

این مرکز یکی از گروه‌های تحقیقاتی پژوهشگاه دانش‌های بنیادی است که با پژوهشگران خارج از کشور و همچنین پژوهشگران داخلی در رشته‌های مهندسی برق، ریاضی، فیزیک و علوم کامپیوتر ارتباط جدی و موثری برقرار کرده است. این مرکز علاقمند به همکاری با دانشمندان و پژوهشگران، محققین پسا دکتری و دانشجویان در مقطع تحصیلات تکمیلی در علوم محاسباتی، ریاضی و مهندسی برق می‌باشد.

حوزه‌های تحقیقاتی این مرکز در سه قالب کلی زیر قرار دارد:

1.   Brain Mapping of Non-human primates
2.   Brain Computer Interfaces
3.   Development of Neural prosthetics

برای دیدن اخبار در مورد پذیرش محقق پسادکتری و همچنین پذیرش دانشجوی دکتری در حوزه های مورد نظر مرکز با همکاری دانشگاه کلمبیا و دانشگاه ایالتی نیویورک به وبسایت این مرکز مراجعه کنید. راجع به مدارک مورد نیاز برای ارسال درخواست به جناب آقای دکتر رضا لشگری، در این وبسایت توضیح داده شده است.

کتاب سیستم‌های دینامیکی در علوم اعصاب

Dynamical Systems in Neuroscience,

The Geometry of Excitability and Bursting, Book by Eugene M. Izhikevic. 

این کتاب به طور اختصاصی به مطالعه‌ی ارتباط بین الکتروفیزیولوژی، انشعاب‌ها و خصوصیات محاسباتی نورون‌ها می‌پردازد.

در این کتاب ابتدا نورون‌ها و نحوه‌ی فعالیت و ارتباط آن‌ها معرفی می‌شود. در ادامه برخی مفاهیم سیستم‌های دینامیکی و ارتباط آن‌ها با مفاهیم موجود در علوم اعصاب معرفی می‌شود.  سپس به شرح خصوصیات الکتروفیزیولوژی نورون پرداخته می‌شود و برخی از مدل‌های معروف و پذیرفته‌ شده‌ای که کارکرد نورون‌ها را شبیه سازی می‌کنند معرفی می‌شود. خصوصیات دینامیکی هریک از مدل های معرفی شده و انشعاب های ممکن آن‌ها نیز در این کتاب مورد بحث قرار می‌گیرد. همچنین در این کتاب دلایل تلقی نورون به عنوان یک موجود تحریک پذیر بیان می‌شود. به نظر نویسنده‌ی کتاب پیام اصلی نوشتار مطلبی است که عینا از کتاب نقل می‌کنم:

"Information-processing depends not only on the electrophysiological properties
of neurons but also on their dynamical properties. Even if two neurons in the
same region of the nervous system possess similar electrophysiological features,
they may respond to the same synaptic input in very different manners because
of each cell’s bifurcation dynamics."