مدل نورون بیولوژیک

مدل نورون بیولوژیک ( به انگلیسی: Biological neuron model ) معمولاً به عنوان یک مدل نورون اسپایک ( به انگلیسی: spiking neuron model ) شناخته می شود، توضیحی ریاضی از خواص سلول های خاص و مشخص در سیستم عصبی است که پتانسیل های الکتریکی نیز در سراسر غشای سلولی خود ایجاد می کند در تقریباً یک میلی ثانیه ، همان طور که در شکل ۱ نشان داده مشاهده میکنید. نورون های اسپایک به عنوان یک واحد مهم سیگنالینگ سیستم عصبی شناخته می شوند و به همین دلیل توصیف عملکرد آنها از اهمیت بالایی برخوردار است. شایان ذکر است که تمام سلولهای سیستم عصبی نوع اسپایکی را تولید نمی کنند که در دامنه ی تعریفی مدل نورون های اسپایک تعریف شده است. به عنوان مثال سلولهای موی حلزون، سلولهای گیرنده شبکیه و سلولهای دو قطبی شبکیه اسپایک ندارند. علاوه بر این، بسیاری از سلولهای سیستم عصبی به عنوان سلولهای عصبی طبقه بندی نمی شوند بلکه درعوض به عنوان گلیا طبقه بندی می شوند. درنهایت، مدلهای عصبی بیولوژیکی با هدف بازگرداندن قابلیتهای کنترل از دست رفته مانند ادراک ، تصمیم گیری و کنترل مداوم اندام، مکانیسمهای اساسی عملکرد سیستم عصبی را توضیح می دهند. به این معنا، مدل های نورون بیولوژیکی با مدل های نورون مصنوعی که پیش بینی نتایج آزمایش های مربوط به بافت عصبی بیولوژیکی فرض نمی شوند متفاوت است ( اگرچه مدل های نورون مصنوعی نیز به اجرای وظایف ادراک و تخمین مربوط هستند ) . بر این اساس، یک جنبه مهم از مدل های نورون بیولوژیکی، اعتبار سنجی آزمایشی و استفاده از واحدهای فیزیکی برای توصیف روش آزمایشی مرتبط با پیش بینی های مدل است.
مدل های نورون را می توان با توجه به واحدهای فیزیکی رابط مدل، به دو دسته تقسیم کرد. هر طبقه می تواند بیشتر با توجه به سطح انتزاع و جزئیات تقسیم شود:
• مدلهای ولتاژ غشایی ورودی - خروجی الکتریکی  : این مدلها پیش بینی ولتاژ خروجی غشاها را به عنوان تابعی از تحریک الکتریکی در مرحله ورودی ( یا ولتاژ یا جریان ) تولید می کنند. مدل های مختلف در این گروه در رابطه عملکردی دقیق بین جریان ورودی و ولتاژ خروجی و در سطح جزئیات متفاوت هستند. برخی از مدل های این گروه مدل های جعبه سیاه هستند و فقط بین دو سطح ولتاژ اندازه گیری شده تمایز قائل می شوند: وجود اسپایک یا حالت ساکن. مدل های دیگر جزئیات بیشتری دارند و فرایندهای زیر سلولی را تشکیل می دهند.
• مدل های نورون ورودی طبیعی یا دارویی  : مدل های این گروه بین محرک ورودی که می تواند دارویی یا طبیعی باشد، به احتمال وقوع اسپایک متصل می شوند. مرحله ورودی این مدل ها الکتریکی نیست، بلکه دارای واحدهای تمرکز دارویی و شیمیایی یا واحدهای فیزیکی است که محرک خارجی مانند نور، صدا یا سایر اشکال فشار فیزیکی را توصیف می کند. علاوه بر این، مرحله خروجی نشان دهنده یک ولتاژ الکتریکی نیست بلکه نشان دهنده ی احتمال وقوع اسپایک است . معمولاً، این احتمال خروجی به طور ثابت تقسیم بر یک زمان ثابت عادی می شود و احتمال عادی شده در نتیجه «سرعت شلیک یا آتش ( به انگلیسی: Fire )   » نامیده می شود و دارای واحد هرتز است. توصیف احتمالی گرفته شده توسط مدلهای این گروه از نتایج آزمایشی شامل تحریک طبیعی یا دارویی که دارای تغییرپذیری در الگوی اسپایک حاصل هستند، الهام گرفته شده است. با این وجود، وقتی میانگین این نتایج آزمایشی در چندین آزمایش انجام می شود، الگوی مشخصی اغلب آشکار می شود.