Published November 16, 2023 | Version v1
Publication Open

Analog neuromorphic circuit for spontaneous Ca2+ oscillations

Creators

  • 1. Universidade de Brasília
  • 2. Universidade Federal de Santa Catarina

Description

This study proposes an innovative analog neuromorphic circuit design to mimic spontaneous Ca2+ oscillations observed in astrocytes. Unlike traditional models, this approach does not rely on synaptic stimulation, suggesting that astrocytes may play a key role in generating neuronal activity. The circuit is built using transistor differential pairs to approximate the nonlinear sigmoidal biological functions, and its performance is validated through simulation and compared against mathematical models using phase diagram analysis. Results indicate a good fit between the circuit and the mathematical model. Finally, the circuit's ability to simulate the release of glutamate and ATP through spontaneous oscillations is demonstrated.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

تقترح هذه الدراسة تصميمًا مبتكرًا للدائرة العصبية التناظرية لمحاكاة تذبذبات Ca2 + التلقائية التي لوحظت في الخلايا النجمية. على عكس النماذج التقليدية، لا يعتمد هذا النهج على التحفيز المشبكي، مما يشير إلى أن الخلايا النجمية قد تلعب دورًا رئيسيًا في توليد النشاط العصبي. تم بناء الدائرة باستخدام أزواج ترانزستور تفاضلية لتقريب الوظائف البيولوجية السينية غير الخطية، ويتم التحقق من أدائها من خلال المحاكاة ومقارنتها بالنماذج الرياضية باستخدام تحليل مخطط الطور. تشير النتائج إلى وجود توافق جيد بين الدائرة والنموذج الرياضي. أخيرًا، تظهر قدرة الدائرة على محاكاة إطلاق الغلوتامات و ATP من خلال التذبذبات التلقائية.

Translated Description (French)

Cette étude propose une conception innovante de circuit neuromorphique analogique pour imiter les oscillations spontanées de Ca2+ observées dans les astrocytes. Contrairement aux modèles traditionnels, cette approche ne repose pas sur la stimulation synaptique, ce qui suggère que les astrocytes peuvent jouer un rôle clé dans la génération de l'activité neuronale. Le circuit est construit à l'aide de paires différentielles de transistors pour approcher les fonctions biologiques sigmoïdales non linéaires, et ses performances sont validées par simulation et comparées à des modèles mathématiques à l'aide d'une analyse de diagramme de phase. Les résultats indiquent une bonne adéquation entre le circuit et le modèle mathématique. Enfin, la capacité du circuit à simuler la libération de glutamate et d'ATP par des oscillations spontanées est démontrée.

Translated Description (Spanish)

Este estudio propone un innovador diseño de circuito neuromórfico análogo para imitar las oscilaciones espontáneas de Ca2+ observadas en los astrocitos. A diferencia de los modelos tradicionales, este enfoque no se basa en la estimulación sináptica, lo que sugiere que los astrocitos pueden desempeñar un papel clave en la generación de actividad neuronal. El circuito se construye utilizando pares diferenciales de transistores para aproximar las funciones biológicas sigmoidales no lineales, y su rendimiento se valida mediante simulación y se compara con modelos matemáticos mediante análisis de diagrama de fases. Los resultados indican un buen ajuste entre el circuito y el modelo matemático. Finalmente, se demuestra la capacidad del circuito para simular la liberación de glutamato y ATP a través de oscilaciones espontáneas.

Files

s41598-023-47433-w.pdf.pdf

Files (2.9 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:d40c1164f9694423b3e0d610c88cbce6
2.9 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
دائرة عصبية تناظرية لتذبذبات Ca2+ التلقائية
Translated title (French)
Circuit neuromorphique analogique pour les oscillations spontanées de Ca2+
Translated title (Spanish)
Circuito neuromórfico analógico para oscilaciones espontáneas de Ca2+

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4388722153
DOI
10.1038/s41598-023-47433-w

Is supplement to
https://openalex.org/W4387251107 (Other)
https://openalex.org/W4385753159 (Other)
https://openalex.org/W4317717548 (Other)
https://openalex.org/W4214914769 (Other)
https://openalex.org/W4200152843 (Other)
https://openalex.org/W3108691306 (Other)
https://openalex.org/W3033201189 (Other)
https://openalex.org/W3029867615 (Other)
https://openalex.org/W2986579802 (Other)
https://openalex.org/W2166309310 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Brazil

References

  • https://openalex.org/W138803221
  • https://openalex.org/W1486208308
  • https://openalex.org/W1572171312
  • https://openalex.org/W1676997327
  • https://openalex.org/W1978836458
  • https://openalex.org/W1991834448
  • https://openalex.org/W1997012944
  • https://openalex.org/W2006338283
  • https://openalex.org/W2011301426
  • https://openalex.org/W2034888816
  • https://openalex.org/W2042670485
  • https://openalex.org/W2044730840
  • https://openalex.org/W2050452462
  • https://openalex.org/W2057286673
  • https://openalex.org/W2077580209
  • https://openalex.org/W2084871855
  • https://openalex.org/W2093182332
  • https://openalex.org/W2111547035
  • https://openalex.org/W2129896258
  • https://openalex.org/W2156094132
  • https://openalex.org/W2163630896
  • https://openalex.org/W2295200218
  • https://openalex.org/W2409941231
  • https://openalex.org/W2528310714
  • https://openalex.org/W2552660288
  • https://openalex.org/W2610760715
  • https://openalex.org/W2767022103
  • https://openalex.org/W2794061657
  • https://openalex.org/W2913607924
  • https://openalex.org/W2971530592
  • https://openalex.org/W3001881666
  • https://openalex.org/W3099878876
  • https://openalex.org/W3102386532
  • https://openalex.org/W3107828830
  • https://openalex.org/W3168513914
  • https://openalex.org/W3169723863
  • https://openalex.org/W4280599810
  • https://openalex.org/W4294415022
  • https://openalex.org/W4322773221