Məlumat

Nə üçün yerli sahə potensialları ümumiyyətlə zolaq keçidindən süzülür?

Nə üçün yerli sahə potensialları ümumiyyətlə zolaq keçidindən süzülür?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Mənə maraqlı idi ki, yerli sahə potensialı ölçmələrində alçaq və ya bant keçirici filtrasiyanın arxasında nə dayanır?

Mənə elə gəlir ki, biz prosedurları süzməklə potensial dəyərli məlumatları süzgəcdən keçirə bilərik.

Bunun üçün, məsələn, 0 ilə 5 kHz tezlik diapazonunda cavabları ölçməyə imkan verməyən fiziki məhdudiyyət varmı?


Nümunə alma sürəti ilə bağlı aparat məhdudiyyətlərindən başqa qeyd etmək istədiyiniz tezlik diapazonunda heç bir fiziki məhdudiyyət yoxdur.

Çox vaxt elektrofizioloji qeydlər səs-küydən (əsasən yüksək tezliklərdə) və əsas xəttdəki sürüşmələrdən (aşağı tezlik diapazonunda) əziyyət çəkir.

Nəhayət, körpəni hamam suyu ilə birlikdə atmadan mümkün qədər çox səs-küy süzmək istəyirsiniz. Təsirində, maraq doğuran cavabların tezlik diapazonu haqqında əvvəlcədən bilik həyati əhəmiyyət kəsb edir. Bu diapazondan kənar hər şey süzülə bilər və yəqin ki, süzülməlidir.

Məsələn, EEG-lərin FFT təhlili əsasən 1 ilə 50 Hz tezlik diapazonu ilə məhdudlaşan diapazonlara diqqət yetirir. Şəbəkə tezliyi 50 və ya 60 Hz-dir, otaq qorunmadıqda tez-tez sinusoidal səs-küy yaradır. Beləliklə, ondan qurtulmaq üçün 50 Hz civarında kəsilmiş aşağı keçirici filtrdən istifadə etməməyin nə səbəbi ola bilər?

Nəhayət, oflayn filtrləmə üsulları çoxdur. mənim şəxsi Bu günlərdə üstünlük, toplamaqdır xam məlumat və oflayn filtr edin. Beləliklə, körpə və suya sahibsiniz və siz sınaq və səhv yolu ilə körpənin harada və suyun harada olduğuna diqqət yetirə bilərsiniz.


Yerli sahə potensialları V4-də çoxsaylı fəza miqyasını əks etdirir


Yerli sahə potensialları (LFP) mikroelektrod ətrafında bir həcmdə qeydə alınan neyron dövrələrin və ya sütunların xüsusiyyətlərini əks etdirir (Buzsáki et al., 2012). Bu inteqrasiya həcminin miqyası bir neçə yüz mikrondan (Katzner et al., 2009 Xing et al., 2009) bir neçə millimetrə (Kreiman et al., 2006) qədər dəyişən hesablamalarla bəzi mübahisələrin mövzusu olmuşdur. Biz iki makakın V4 sahəsində vizual emalın orta səviyyəsində çox vahidli fəaliyyətin (MUA) və LFP-nin reseptiv sahələrini (RF) qiymətləndirdik. LFP reseptiv sahələrinin məkan strukturu stimulun başlanmasından sonra vaxt gecikməsi funksiyası kimi çox dəyişdi, LFP-lərin retinotopiyası MUA-ların məhdud vaxt gecikmələrində uyğunlaşdı. LFP-lərin model əsaslı təhlili bizə iki fərqli stimullaşdırıcı komponenti bərpa etməyə imkan verdi: mikroelektrodlar ətrafında kiçik həcmdə yaranan MUA-ya bənzər retinotopik komponent (񾍐 μm) və paylaşılan ikinci komponent. bütün V4 regionunda bu ikinci komponent MUA-larınkinə aid olmayan tənzimləmə xüsusiyyətlərinə malik idi. Nəticələrimiz göstərir ki, LFP çoxsaylı fəza miqyasında sinir fəaliyyətini əks etdirir, bu da həm onun şərhini çətinləşdirir, həm də şəbəkə emalının genişmiqyaslı strukturunu araşdırmaq üçün yeni imkanlar təklif edir.


Yerli sahə potensial siqnallarından istifadə edərək beyin-kompüter interfeysləri üçün müntəzəm Kalman filtri

Beyin-kompüter interfeysləri (BCI) beyindən kompüterə birbaşa əlaqə yaratmağa, motor protezinə nəzarət, monitorda kursorun idarə edilməsi və s. kimi tətbiqlərdə istifadə etməyə çalışır. Beləliklə, BCI-lərdə beyin siqnallarından hərəkətin şifrələnməsinin dəqiqliyi çox vacibdir. Kalman filtri (KF) tez-tez BCI sistemlərində sinir fəaliyyətinin şifrəsini açmaq və kinetik və kinematik parametrləri qiymətləndirmək üçün istifadə olunur. KF-dən istifadə etmək üçün vəziyyətin keçid matrisi, müşahidə matrisi və prosesin kovariasiya matrisləri və ölçü səsləri əvvəlcədən məlum olmalıdır, lakin bir çox tətbiqlərdə bu matrislər məlum deyil. Tipik olaraq, bu parametrləri qiymətləndirmək üçün adi ən kiçik kvadratlar metodu və nümunə kovariasiya matrisi qiymətləndiricisindən istifadə olunur. Məqsədimiz qeyd olunan parametrlərin qiymətləndirilməsini təkmilləşdirməklə BCI sistemlərində KF-nin dekodlaşdırma işini artırmaqdır.

Yeni Metod

Burada biz iki əsas xüsusiyyəti həyata keçirən Regularized Kalman Filterini (RKF) təklif edirik: 1) Dövlət keçid matrisinin qiymətləndirilməsini təkmilləşdirmək üçün vəziyyət tənliyinin reqressiya qiymətləndirməsini tənzimləmək və 2) Qiymətləndirməni təkmilləşdirmək üçün büzülmə metodundan istifadə etmək. naməlum ölçü səs-küyü kovariasiya matrisi. Təklif olunan metodun performansını meymunun motor qabığından (Əl hərəkəti zamanı kinematik parametrlərin qiymətləndirilməsi) və üç siçovuldan (Kinetik parametr kimi əl ilə tətbiq edilən qüvvənin miqdarının qiymətləndirilməsi) əldə edilmiş iki yerli sahə potensialı verilənlər bazasından istifadə edərək təsdiq etdik.

Nəticələr

Nəticələr göstərir ki, təklif olunan metod adi KF, xüsusiyyət seçimi ilə KF, Qismən ən kiçik kvadratlar və Ridge reqressiya yanaşmalarından üstündür.


İçindəkilər

Molekulyar mexanikada potensial enerjinin əsas funksional formasına kovalent bağlarla bağlanmış və bağlanmamış (həmçinin adlanır) atomların qarşılıqlı təsirləri üçün bağlı şərtlər daxildir. kovalent olmayan) uzun mənzilli elektrostatik və van der Vaals qüvvələrini təsvir edən terminlər. Terminlərin xüsusi parçalanması güc sahəsindən asılıdır, lakin əlavə qüvvə sahəsindəki ümumi enerjinin ümumi forması belə yazıla bilər.

burada kovalent və qeyri-kovalent qatqıların komponentləri aşağıdakı toplamalarla verilir:

Bağ və bucaq şərtləri adətən bağın qırılmasına imkan verməyən kvadratik enerji funksiyaları ilə modelləşdirilir. Daha yüksək uzanmada kovalent bağın daha real təsviri daha bahalı Morse potensialı ilə təmin edilir. Dihedral enerjinin funksional forması bir qüvvə sahəsindən digərinə dəyişir. Aromatik halqaların və digər birləşmiş sistemlərin planarlığını gücləndirmək üçün əlavə "düzgün burulma" terminləri və bucaqlar və bağ uzunluqları kimi müxtəlif daxili dəyişənlərin birləşməsini təsvir edən "çarpaz terminlər" əlavə edilə bilər. Bəzi güc sahələrinə hidrogen bağları üçün açıq şərtlər də daxildir.

Bağlanmayan şərtlər hesablama baxımından ən intensivdir. Populyar seçim qarşılıqlı əlaqəni cüt enerjilərlə məhdudlaşdırmaqdır. Van der Waals termini adətən Lennard-Cons potensialı ilə, elektrostatik termin isə Coulomb qanunu ilə hesablanır. Bununla belə, hər ikisi elektron qütbləşməni nəzərə almaq üçün sabit amillə tamponlaşdırıla və ya miqyaslana bilər. Bu enerji ifadəsi ilə tədqiqatlar 1970-ci illərdən bəri biomolekullara diqqət yetirir və 2000-ci illərin əvvəllərində metallar, keramika, minerallar və üzvi birləşmələr daxil olmaqla dövri cədvəldəki birləşmələrə ümumiləşdirilir. [4]

Bond uzanan Edit

İstiqrazların istinad dəyərlərindən əhəmiyyətli dərəcədə kənara çıxması nadir hallarda olduğundan, ən sadə yanaşmalar Huk qanunu düsturundan istifadə edir:

Bağın uzanan sabiti k i j > eksperimental İnfraqırmızı spektr, Raman spektri və ya yüksək səviyyəli kvant mexaniki hesablamalar əsasında müəyyən edilə bilər. Sabit k i j > molekulyar dinamika simulyasiyalarında vibrasiya tezliklərini müəyyən edir. Atomlar arasında bağ nə qədər güclüdürsə, qüvvə sabitinin dəyəri bir o qədər yüksəkdir və IR/Raman spektrində dalğa sayı (enerji) bir o qədər yüksəkdir. Verilmiş qüvvə sabitinə görə vibrasiya spektri qısa MD trayektoriyalarından (5 ps) hesablana bilər.

1 fs zaman addımları, sürət avtokorrelyasiyası funksiyasının hesablanması və onun Furye çevrilməsi. [5]

Hooke qanununun düsturu tarazlıq məsafəsinə yaxın bağ uzunluqlarında ağlabatan dəqiqlik səviyyəsini təmin etsə də, uzaqlaşdıqca daha az dəqiq olur. Morse əyrisini daha yaxşı modelləşdirmək üçün kub və daha yüksək güclərdən istifadə etmək olar. [2] [6] Bununla belə, əksər praktik tətbiqlər üçün bu fərqlər əhəmiyyətsizdir və istiqrazların uzunluqlarının proqnozlaşdırılmasında qeyri-dəqiqliklər angstromun mində biri səviyyəsindədir ki, bu da ümumi qüvvə sahələri üçün etibarlılıq həddidir. Hesablamanın daha az səmərəli olmasına baxmayaraq, əlaqənin qırılmasını və daha yüksək dəqiqliyi təmin etmək üçün əvəzinə Morze potensialından istifadə edilə bilər.

Elektrostatik qarşılıqlı təsirlər Redaktə edin

Elektrostatik qarşılıqlı təsirlər atom yüklərindən istifadə edən Kulon enerjisi ilə təmsil olunur q i > kovalentdən qütb kovalent və ion rabitəsinə qədər dəyişən kimyəvi bağı təmsil etmək. Tipik formul Coulomb qanunudur:

Atom yükləri, xüsusən də qütb molekulları və ion birləşmələri üçün potensial enerjiyə dominant töhfələr verə bilər və həndəsə, qarşılıqlı təsir enerjisi və həmçinin reaktivliyi simulyasiya etmək üçün vacibdir. Atom yüklərinin təyin edilməsi çox vaxt hələ də empirik və etibarsız kvant mexaniki protokollarına əməl edir ki, bu da tez-tez eksperimental dipol anları və nəzəriyyəsi ilə razılaşaraq fiziki cəhətdən əsaslandırılmış dəyərlərə nisbətən bir neçə 100% qeyri-müəyyənliyə səbəb olur. [10] [11] [12] Elektron deformasiya sıxlıqları, daxili dipol momentləri və Genişləndirilmiş Doğum modeli üçün eksperimental məlumatlar əsasında qüvvə sahələri üçün təkrarlana bilən atom yükləri işlənib hazırlanmışdır. [12] [4] Qeyri-müəyyənliklər <10% və ya ±0,1e, kimyəvi birləşmənin ardıcıl təmsil olunmasına və hesablanmış strukturlarda və enerjilərdə yüz dəfəyə qədər yüksək dəqiqliyə imkan verir və güc sahəsindəki digər parametrlərin fiziki təfsiri.

Potensialların funksional formasına əlavə olaraq, güc sahələri müxtəlif növ atomlar, kimyəvi bağlar, dihedral bucaqlar, müstəvidən kənar qarşılıqlı təsirlər, əlaqəsiz qarşılıqlı təsirlər və mümkün digər şərtlər üçün bir sıra parametrləri müəyyənləşdirir. [4] Bir çox parametr dəstləri empirikdir və bəzi güc sahələri fiziki şərhi təyin etmək çətin olan geniş uyğun şərtlərdən istifadə edir. [13] Atom növləri müxtəlif elementlər üçün, eləcə də kifayət qədər fərqli kimyəvi mühitlərdə eyni elementlər üçün müəyyən edilmişdir. Məsələn, sudakı oksigen atomları və karbonil funksional qrupundakı oksigen atomları müxtəlif güc sahəsi növləri kimi təsnif edilir. [14] Qüvvət sahəsinin tipik parametr dəstlərinə atom kütləsi, atom yükü, hər bir atom növü üçün Lennard-Cons parametrləri, həmçinin bağ uzunluqları, bağ bucaqları və dihedral bucaqların tarazlıq qiymətləri daxildir. [15] Bağlı terminlər birləşdirilmiş atomların cütlərinə, üçlüyünə və dördlüyünə aiddir və hər bir potensial üçün effektiv yay sabiti üçün dəyərlər daxildir. Əksər cari güc sahələri parametrləri a istifadə edir sabit ödəniş hər bir atoma yerli elektrostatik mühitdən təsirlənməyən atom yükü üçün bir dəyər təyin olunduğu model. [12] [16]

Maksimum dəqiqlik və ötürülə bilən simulyasiyalar üçün sahə parametrlərini məcbur edin, məsələn, IFF, dəqiq müəyyən edilmiş protokola əməl edin. [4] İş prosesi (1) rentgen kristal quruluşunun və ya kimyəvi düsturun əldə edilməsini, (2) atom növlərinin müəyyən edilməsini, (3) atom yüklərinin əldə edilməsini, (4) ilkin Lennard-Cons və bağlı parametrlərin təyin edilməsini, (5) daxil ola bilər. eksperimental istinad məlumatlarına nisbətən sıxlıq və həndəsə hesablama testləri, (6) energetik xassələrin hesablama sınaqları (səth enerjisi, [17] hidratasiya enerjisi [18] ) eksperimental istinad məlumatlarına nisbətən, (7) ikincili yoxlama və dəqiqləşdirmə (termal, mexaniki) , və diffuziya xassələri). [19] Böyük iterativ döngələr (5) və (4) addımları arasında, həmçinin (6) və (4)/(3) arasında baş verir. Parametrlərin kimyəvi təfsiri və etibarlı eksperimental istinad məlumatları mühüm rol oynayır.

Zülallar, DNT və RNT kimi bioloji makromolekulların molekulyar simulyasiyaları üçün parametrlər tez-tez eksperimental tədqiqatlar və kvant hesablamaları üçün daha əlçatan olan kiçik üzvi molekullar üçün müşahidələrdən əldə edilirdi. Beləliklə, (1) kvant hesablamalarından yaranan etibarsız atom yükləri bütün hesablanmış xassələrə və daxili tutarlılığa təsir edə bilər, (2) qaz fazasındakı molekullar üçün kvant mexanikasından əldə edilən fərqli məlumatlar kondensasiya olunmuş sistemdəki simulyasiyalar üçün ötürülə bilməz. faza, (3) məlumatların kiçik molekullar üçün istifadəsi və daha böyük polimer strukturlara tətbiqi qeyri-müəyyənliyi əhatə edir, (4) dəqiqlik və istinad vəziyyətlərində (məsələn, temperaturda) dəyişkənlik ilə eyni olmayan eksperimental məlumatlar sapmalara səbəb ola bilər. Nəticədə, bioloji molekullar üçün divergent qüvvə sahəsi parametrləri bildirilmişdir. Eksperimental istinad məlumatlarına, məsələn, buxarlanma entalpiyası (OPLS), sublimasiya entalpiyası, dipol momentləri və müxtəlif spektroskopik parametrlər daxildir. [20] [6] [14] Uyğunsuzluqlar bütün qüvvə sahəsi parametrlərinin şərhi və ardıcıl istinad vəziyyətinin, məsələn, otaq temperaturu və atmosfer təzyiqinin seçilməsi ilə aradan qaldırıla bilər. [4]

Bir neçə güc sahələrinə aydın kimyəvi əsaslandırma, parametrləşdirmə protokolu, əsas xassələrin (strukturlar və enerjilər) natamam təsdiqi, parametrlərin şərh edilməməsi və qeyri-müəyyənliklərin müzakirəsi daxildir. [21] Bu hallarda hesablanmış xassələrin böyük, təsadüfi sapmaları bildirilmişdir.

Metodlar Redaktə edin

Bəzi güc sahələrinə qütbləşmə üçün açıq modellər daxildir, burada hissəciyin effektiv yükü qonşuları ilə elektrostatik qarşılıqlı təsirlərdən təsirlənə bilər. Qütbləşə bilən atomu təmsil edən müsbət yüklü əsas hissəcikdən və yay kimi harmonik osilator potensialı vasitəsilə nüvə atomuna birləşdirilmiş mənfi yüklü hissəcikdən ibarət olan nüvə qabığı modelləri çox yayılmışdır. [22] [23] [24] Son nümunələrə metallarda təsvir yüklərini təkrarlayan virtual elektronları olan qütbləşə bilən modellər [25] və qütbləşə bilən biomolekulyar güc sahələri daxildir. [26] Qütbləşmə üçün bu cür sərbəstlik dərəcələrini əlavə etməklə, parametrlərin şərhi çətinləşir və ixtiyari uyğunluq parametrlərinə və uyğunluğun azalması riskini artırır. Yerli elektrostatik sahəni dəfələrlə hesablamaq ehtiyacı səbəbindən hesablama xərcləri artır.

Qütbləşə bilən modellər əsas kimyəvi xüsusiyyətləri tutduqda və xalis atom yükü nisbətən dəqiq olduqda (±10% daxilində) yaxşı işləyir. [4] [27] Son dövrlərdə belə modellər səhv olaraq "Drude Oscillator potensialları" adlandırılır. [28] Bu modellər üçün uyğun bir termin "Lorentz osilator modelləri"dir, çünki Drude [30] əvəzinə Lorentz [29] elektronların nüvələrə bağlanmasının bəzi formasını təklif etmişdir. [25] Drude modelləri elektronların qeyri-məhdud hərəkətini, məsələn, metallarda sərbəst elektron qazını nəzərdə tutur. [30]

Parametrləşdirmə Edit

Tarixən güc sahəsinin parametrləşdirilməsinə bir çox yanaşma tətbiq edilmişdir. Çoxsaylı klassik güc sahələri nisbətən qeyri-şəffaf parametrləşdirmə protokollarına əsaslanırdı, məsələn, təxmini kvant mexaniki hesablamalardan istifadə edərək, tez-tez qaz fazasında, kondensasiya edilmiş faza xüsusiyyətləri və eksperimental müşahidə olunanlara uyğun potensialın empirik modifikasiyası ilə bəzi korrelyasiya gözləməsi ilə. [31] [32] [33] Protokollar təkrarlana bilməz və yarı avtomatlaşdırma tez-tez kimyəvi uyğunluq, şərh edilə bilənlik, etibarlılıq və davamlılıq üçün deyil, sürətli parametrlərin yaradılması və geniş əhatə dairəsi üçün optimallaşdıraraq parametrlərin yaradılmasında rol oynayır.

Oxşar, yeni güc sahələrini parametrləşdirmək və istifadəçilərə bu günə qədər parametrləşdirilməmiş kimya üçün öz parametr dəstlərini inkişaf etdirməyə kömək etmək üçün bu yaxınlarda daha da avtomatlaşdırılmış alətlər əldə edilmişdir. [34] [35] Açıq mənbə kodları və üsulları təmin etmək səylərinə openMM və openMD daxildir. Yarımavtomatlaşdırmanın və ya tam avtomatlaşdırmanın kimyəvi biliklərdən daxil edilmədən istifadəsi, çox güman ki, atom yükləri səviyyəsində, qalan parametrlərin təyin edilməsi üçün uyğunsuzluqları artıracaq və parametrlərin şərh edilməsini və performansını zəiflədə bilər.

İnterfeys qüvvə sahəsi (IFF) dövri olaraq bütün birləşmələr üçün bir enerji ifadəsini qəbul edir (9-6 və 12-6 LJ variantları ilə) və parametrlərin tam şərh edilməsini və uyğunluğunu təmin edən standartlaşdırılmış simulyasiya protokolları ilə ciddi yoxlamadan istifadə edir. yüksək dəqiqlik və birləşmələrin qeyri-məhdud birləşmələrinə çıxış kimi. [4]

Funksional formalar və parametr dəstləri atomlararası potensialın tərtibatçıları tərəfindən müəyyən edilmişdir və dəyişən öz-özünə ardıcıllıq və ötürülmə dərəcələri ilə fərqlənir. Potensial terminlərin funksional formaları fərqli olduqda, bir atomlararası potensial funksiyanın parametrləri adətən digər atomlararası potensial funksiya ilə birlikdə istifadə edilə bilməz. [19] Bəzi hallarda modifikasiyalar kiçik səylə edilə bilər, məsələn, 9-6 Lennard-Cons potensialından 12-6 Lennard-Cons potensialına qədər. [9] Bukingem potensiallarından harmonik potensiallara və ya Daxil edilmiş Atom Modellərindən harmonik potensiallara köçürmələr, əksinə, bir çox əlavə fərziyyələr tələb edər və mümkün olmaya bilər.

Bütün atomlararası potensiallar təxminlərə və eksperimental məlumatlara əsaslanır, buna görə də tez-tez adlanır empirik. Performans, sıxlıq funksional nəzəriyyəsi hesablamalarından daha yüksək dəqiqlikdən, milyon dəfə daha böyük sistemlərə və vaxt miqyasına çıxışa, güc sahəsindən asılı olaraq təsadüfi təxminlərə qədər dəyişir. [36] Təkrarlana bilən eksperimental məlumatlar və təsdiqləmə ilə birlikdə kimyəvi birləşmənin dəqiq təsvirlərinin istifadəsi DFT səviyyəli kvant metodları ilə müqayisədə daha az parametr və fərziyyə ilə yüksək keyfiyyətli davamlı atomlararası potensiallara səbəb ola bilər. [37] [38]

Mümkün məhdudiyyətlərə nöqtə yükləri də adlanan atom yükləri daxildir. Əksər güc sahələri molekullar ətrafında elektrostatik potensialı bərpa etmək üçün nöqtə yüklərinə əsaslanır ki, bu da anizotrop yük paylanması üçün daha az işləyir. [39] Çarə odur ki, nöqtə yüklərinin aydın şərhi var [12] və elektron strukturun əsas xüsusiyyətlərini tutmaq üçün virtual elektronlar əlavə edilə bilər, metal sistemlərdə şəkil potensialını, π-dəki daxili çoxqütblü anları təsvir etmək üçün belə əlavə qütbləşmə qabiliyyəti. konjuge sistemlər və suda tək cütlər. [40] [41] [42] Ətraf mühitin elektron qütbləşməsi daha yaxşı istifadə etməklə daxil edilə bilər qütbləşə bilən qüvvə sahələri [43] [44] və ya makroskopik dielektrik sabitindən istifadə etməklə. Bununla belə, dielektrik sabitinin bir dəyərinin tətbiqi zülalların, bioloji membranların, mineralların və ya elektrolitlərin yüksək heterojen mühitlərində kobud yaxınlaşmadır. [45]

Van der Waals qüvvələrinin bütün növləri həm də ətraf mühitdən güclü şəkildə asılıdır, çünki bu qüvvələr induksiya edilmiş və “ani” dipolların qarşılıqlı təsirindən yaranır (bax Molekullararası qüvvə). Bu qüvvələrin orijinal Fritz London nəzəriyyəsi yalnız vakuumda tətbiq olunur. Qatılaşdırılmış mühitdə van der Waals qüvvələrinin daha ümumi nəzəriyyəsi 1963-cü ildə A. D. McLachlan tərəfindən işlənib hazırlanmış və xüsusi hal kimi orijinal London yanaşmasını daxil etmişdir. [46] McLachlan nəzəriyyəsi mediada van der Waals cazibələrinin vakuumdan daha zəif olduğunu proqnozlaşdırır və kimi əriyir qayda, bu o deməkdir ki, müxtəlif növ atomlar eyni növ atomlardan daha zəif qarşılıqlı təsir göstərir. [47] Bu, əksinədir kombinator qaydaları və ya klassik güc sahələrinin inkişafı üçün tətbiq olunan Sleyter-Kirkvud tənliyi. The kombinator qaydaları iki fərqli atomun qarşılıqlı təsir enerjisinin (məsələn, C. N) müvafiq eyni atom cütlərinin (yəni, C. C və N. N) qarşılıqlı təsir enerjilərinin ortalaması olduğunu bildirin. McLachlanın nəzəriyyəsinə görə, maye helium üçün müşahidə edildiyi kimi, mühitdəki hissəciklərin qarşılıqlı təsiri hətta tam itələyici ola bilər, [46], lakin buxarlanmanın olmaması və donma nöqtəsinin olması sırf itələyici qarşılıqlı təsirlər nəzəriyyəsinə ziddir. Müxtəlif materiallar arasında cəlbedici qüvvələrin ölçülməsi (Hamaker sabiti) Yakob İsraelaçvili tərəfindən izah edilmişdir. [46] Məsələn, "karbohidrogenlərin su üzərindəki qarşılıqlı təsiri vakuumda olanın təxminən 10%-ni təşkil edir". [46] Bu cür təsirlər molekulyar dinamikada qaz fazasına nisbətən kondensasiya olunmuş fazada fəza baxımından daha sıx olan və kimyəvi birləşmə, sıxlıq və yapışqan/səthi təkrar istehsal etmək üçün bütün fazalar üçün parametrlər təsdiq edildikdən sonra təkrarlanan cüt qarşılıqlı təsirlər vasitəsilə təmsil olunur. enerji.

Məhdudiyyətlər zülal strukturunun təkmilləşdirilməsində güclü şəkildə hiss edilmişdir. Əsas problem polimer molekulların nəhəng konformasiya məkanıdır ki, o, özündən daha çoxunu ehtiva etdikdə hazırkı hesablama imkanlarından kənara çıxır.

20 monomer. [48] ​​İştirakçılar Zülal strukturunun proqnozlaşdırılmasının kritik qiymətləndirilməsi (CASP) qarşısını almaq üçün modellərini təkmilləşdirməyə çalışmadı.molekulyar mexanikanın mərkəzi xəcaləti, yəni enerjinin minimuma endirilməsi və ya molekulyar dinamikanın ümumiyyətlə eksperimental quruluşa daha az bənzəyən bir modelə gətirib çıxarması.". [49] Qüvvət sahələri müxtəlif rentgen kristaloqrafiyası və NMR spektroskopiyası tətbiqlərində, xüsusən də XPLOR proqramından istifadə etməklə zülal strukturunun dəqiqləşdirilməsi üçün uğurla tətbiq edilmişdir. [50] Bununla belə, dəqiqləşdirmə əsasən bir sıra eksperimental məhdudiyyətlər və atomlararası potensiallar əsasən atomlararası maneələrin aradan qaldırılmasına xidmət edir.Hesablamaların nəticələri DYANA [51] proqramında (NMR məlumatlarından hesablamalar) həyata keçirilən sərt sfera potensialları ilə və ya heç bir enerji funksiyasından istifadə etməyən kristalloqrafik zərifləşdirmə proqramları ilə praktiki olaraq eyni idi.Bu çatışmazlıqlar atomlararası potensiallarla və böyük molekulların konformasiya fəzasını effektiv şəkildə nümunə götürmək mümkünsüzlüyü ilə əlaqədardır.[52] Beləliklə, bu cür genişmiqyaslı problemlərin həlli üçün parametrlərin inkişafı da yeni yanaşmalar tələb edir.Xüsusi problem sahəsi zülalların homoloji modelləşdirilməsidir.[ 53] Bu arada, ligand docking, [54] protein üçün alternativ empirik skorlama funksiyaları hazırlanmışdır. qatlama, [55] [56] [57] homologiya modelinin dəqiqləşdirilməsi, [58] hesablama zülal dizaynı, [59] [60] [61] və membranlarda zülalların modelləşdirilməsi. [62]

Bəzi zülal güc sahələrinin zülal qatlanması və ya liqand bağlanması ilə əlaqəsi olmayan enerjilərlə işlədiyi də iddia edildi. [43] Zülalların güc sahələrinin parametrləri sublimasiya entalpiyasını, yəni molekulyar kristalların buxarlanma enerjisini təkrarlayır. Bununla birlikdə, zülalların qatlanması və liqand bağlanması termodinamik olaraq kristallaşmaya və ya maye-bərk keçidlərə daha yaxındır, çünki bu proseslər donma qatılaşdırılmış mühitdə mobil molekulların. [63] [64] [65] Beləliklə, zülalın qatlanması və ya liqandın bağlanması zamanı sərbəst enerji dəyişikliklərinin birləşmə istiliyinə bənzər enerjinin (molekulyar kristalların əriməsi zamanı udulan enerji), konformasiya entropiya töhfəsinin və həllsiz enerji. Birləşmənin istiliyi sublimasiya entalpiyasından əhəmiyyətli dərəcədə kiçikdir. [46] Beləliklə, zülal qatlanmasını və ya liqand bağlanmasını təsvir edən potensiallar daha ardıcıl parametrləşdirmə protokollarına ehtiyac duyur, məsələn, IFF üçün təsvir olunduğu kimi. Həqiqətən, zülallarda H-bağlarının enerjiləri var

Zülal mühəndisliyi və ya alfa spiraldan sarmal keçid məlumatlarından təxmin ediləndə -1,5 kkal/mol, [66] [67], lakin molekulyar kristalların sublimasiya entalpiyasından təxmin edilən eyni enerjilər -4 ilə -6 kkal/mol idi, [68] mövcud hidrogen bağlarının yenidən qurulması və sıfırdan hidrogen bağlarının yaranmaması ilə bağlıdır. Zülal mühəndisliyi məlumatlarından əldə edilən dəyişdirilmiş Lennard-Cons potensiallarının dərinlikləri də tipik potensial parametrlərdən daha kiçik idi və kimi əriyir McLachlan nəzəriyyəsi tərəfindən proqnozlaşdırıldığı kimi qayda. [43]

Fərqli qüvvə sahələri müxtəlif məqsədlər üçün nəzərdə tutulmuşdur. Hamısı müxtəlif kompüter proqramlarında həyata keçirilir.

MM2 Norman Allinger tərəfindən əsasən karbohidrogenlərin və digər kiçik üzvi molekulların konformasiya analizi üçün hazırlanmışdır. Molekulların tarazlıq kovalent həndəsəsini mümkün qədər dəqiq şəkildə təkrarlamaq üçün nəzərdə tutulmuşdur. O, üzvi birləşmələrin bir çox müxtəlif sinifləri (MM3 və MM4) üçün davamlı olaraq təkmilləşdirilən və yenilənən böyük parametrlər toplusunu həyata keçirir. [69] [70] [71] [72] [73]

CFF enerjilərin, strukturların və ümumi molekulların və molekulyar kristalların vibrasiyasının öyrənilməsini birləşdirən ümumi metod kimi Arieh Warshel, Lifson və əməkdaşları tərəfindən işlənib hazırlanmışdır. Levitt və Warshel tərəfindən hazırlanmış CFF proqramı bütün atomların Kartezyen təsvirinə əsaslanır və bir çox sonrakı simulyasiya proqramları üçün əsas rolunu oynayır.

ECEPP peptidlərin və zülalların modelləşdirilməsi üçün xüsusi olaraq hazırlanmışdır. Potensial enerji səthini sadələşdirmək üçün amin turşusu qalıqlarının sabit həndəsələrindən istifadə edir. Beləliklə, enerjinin minimuma endirilməsi zülalların burulma bucaqları məkanında aparılır. Həm MM2, həm də ECEPP-ə tək istiqrazlar ətrafında fırlanmaları təsvir etmək üçün H-bağları üçün potensiallar və burulma potensialları daxildir. ECEPP/3 Daxili Koordinat Mexanikasında və FANTOM-da (bəzi dəyişikliklərlə) tətbiq edilmişdir. [74]

AMBER, CHARMM və GROMOS əsasən makromolekulların molekulyar dinamikası üçün işlənib hazırlanmışdır, baxmayaraq ki, onlar da enerjini minimuma endirmək üçün istifadə olunur. Beləliklə, bütün atomların koordinatları sərbəst dəyişənlər kimi qəbul edilir.

Interface Force Field (IFF) [75] dövri cədvəl üzrə birləşmələr üçün ilk ardıcıl qüvvə sahəsi kimi işlənib hazırlanmışdır. O, ardıcıl yüklərin təyin edilməsində məlum məhdudiyyətləri aradan qaldırır, standart şərtlərdən istinad vəziyyəti kimi istifadə edir, strukturları, enerjiləri və enerji törəmələrini təkrarlayır və bütün daxil edilmiş birləşmələr üçün məhdudiyyətlərin miqdarını müəyyənləşdirir. [4] [76] Hibrid materialları (CHARMM, AMBER, OPLS-AA, CFF, CVFF, GROMOS) imitasiya etmək üçün çoxlu qüvvə sahələri ilə uyğun gəlir.

Klassik redaktə

    (Assisted Model Building and Energy Refinement) – zülallar və DNT üçün geniş istifadə olunur.
  • CFF (Consistent Force Field) – geniş çeşiddə üzvi birləşmələrə uyğunlaşdırılmış güc sahələri ailəsi, polimerlər, metallar və s. üçün güc sahələrini əhatə edir. (HARvard Molekulyar Mexanikada Kimya) – əvvəlcə Harvardda işlənib hazırlanmış, həm kiçik molekullar, həm də molekullar üçün geniş istifadə olunur. makromolekullar
  • COSMOS-NMR – müxtəlif qeyri-üzvi birləşmələrə, üzvi birləşmələrə və bioloji makromolekullara uyğunlaşdırılmış hibrid QM/MM güc sahəsi, o cümlədən atom yüklərinin NMR xüsusiyyətlərinin yarı empirik hesablanması. COSMOS-NMR NMR əsaslı strukturun aydınlaşdırılması üçün optimallaşdırılıb və COSMOS molekulyar modelləşdirmə paketində həyata keçirilib. [77]
  • CVFF - kiçik molekullar və makromolekullar üçün də geniş istifadə olunur. [14]
  • ECEPP [78] – polipeptid molekulları üçün ilk qüvvə sahəsi – F.A.Momany, H.A. Scheraga və həmkarları. [79][80] (GROningen MOlecular Simulation) – biomolekulyar sistemlərin öyrənilməsi üçün ümumi təyinatlı molekulyar dinamika kompüter simulyasiya paketi olan GROMOS proqramının bir hissəsi kimi gələn güc sahəsi. [81] GROMOS güc sahəsi A-versiya zülalların, nukleotidlərin və şəkərlərin sulu və ya apolyar məhlullarına tətbiq üçün hazırlanmışdır. Qaz fazasından təcrid olunmuş molekulları simulyasiya etmək üçün B-versiya da mövcuddur.
  • IFF (Interface Force Field) – Metalları, mineralları, 2D materialları və polimerləri qabaqcıl dəqiqliklə və bir çox digər qüvvə sahələri (CHARMM, AMBER, OPLS-AA, CFF, CVFF, GROMOS) ilə uyğunluqla bir platformada əhatə edən ilk güc sahəsi ), 12-6 LJ və 9-6 LJ seçimləri daxildir [4][75]
  • MMFF (Merck Molecular Force Field) – geniş çeşiddə molekullar üçün Merck-də işlənib hazırlanmışdır. (Maye Simulyasiyaları üçün Optimallaşdırılmış Potensial) (variantlara OPLS-AA, OPLS-UA, OPLS-2001, OPLS-2005, OPLS3e, OPLS4 daxildir) – Yale Universitetinin Kimya Departamentində William L. Jorgensen tərəfindən hazırlanmışdır.
  • QCFF/PI – Birləşdirilmiş molekullar üçün ümumi güc sahələri. [82][83]
  • UFF (Universal Force Field) – Kolorado Dövlət Universitetində işlənib hazırlanmış aktinoidlərə qədər tam dövri cədvəl üçün parametrləri olan ümumi güc sahəsi. [21] Demək olar ki, bütün iddia edilən birləşmələr, xüsusilə metallar və qeyri-üzvi birləşmələr üçün parametrlərin yoxlanılması və şərh edilməməsi səbəbindən etibarlılığın zəif olduğu məlumdur. [5][76]

Qütbləşə bilən redaktə

  • KƏHRABƏ – Cim Kolduell və iş yoldaşları tərəfindən hazırlanmış qütbləşə bilən güc sahəsi. [84]
  • AMOEBA (Biomolekulyar Tətbiqlər üçün Atomic Multipole Optimized Energetics) – Pengyu Ren (Ostindəki Texas Universiteti) və Jay W. Ponder (Vaşinqton Universiteti) tərəfindən hazırlanmış güc sahəsi. [85] AMOEBA güc sahəsi tədricən daha çox fizika baxımından zəngin AMOEBA+-a keçir. [86][87]
  • CHARMM – S. Patel (Delaware Universiteti) və C. L. Brooks III (Miçiqan Universiteti) tərəfindən hazırlanmış qütbləşə bilən güc sahəsi. [26][88] A. MacKerell (Meriland Universiteti, Baltimor) və B. Roux (Çikaqo Universiteti) tərəfindən hazırlanmış klassik Drude osilatoru əsasında. [89][90]
  • CFF/ind və ENZYMIX – İlk qütbləşə bilən qüvvə sahəsi [91] sonradan bioloji sistemlərdə bir çox tətbiqlərdə istifadə edilmişdir. [44]
  • COSMOS-NMR (Molekulyar strukturun kompüter simulyasiyası) – Ulrich Sternberg və əməkdaşları tərəfindən hazırlanmışdır. Hibrid QM/MM güc sahəsi sürətli BPT formalizmi ilə lokallaşdırılmış əlaqə orbitallarından istifadə edərək elektrostatik xüsusiyyətlərin aydın kvant-mexaniki hesablamasına imkan verir. [92] Atom yükünün dəyişməsi molekulyar dinamikanın hər addımında mümkündür.
  • DRF90 P. Th tərəfindən hazırlanmışdır. van Duijnen və iş yoldaşları. [93]
  • IFF (İnterface Force Field) – metallar (Au, W) və pi-birləşmiş molekullar üçün qütbləşmə qabiliyyəti daxildir [25][42][41]
  • NEMO (Qeyri-Empirik Molekulyar Orbital) – Qunnar Karlström və Lund Universitetindəki (İsveç) əməkdaşları tərəfindən hazırlanmış prosedur [94]
  • PIPF – Mayelər üçün qütbləşə bilən molekullararası potensial üzvi mayelər və biopolimerlər üçün induksiya edilmiş nöqtə-dipol qüvvə sahəsidir. Molekulyar qütbləşmə Thole-nin qarşılıqlı dipol (TID) modelinə əsaslanır və Jiali Gao Gao Araşdırma Qrupu tərəfindən hazırlanmışdır | Minnesota Universitetində. [95][96]
  • Polarizable Force Field (PFF) – Richard A. Friesner və iş yoldaşları tərəfindən hazırlanmışdır. [97]
  • SP-əsaslı Kimyəvi Potensial Bərabərləşdirmə (CPE) – R. Chelli və P. Procacci tərəfindən hazırlanmış yanaşma. [98]
  • PHAST - Chris Cioce və iş yoldaşları tərəfindən hazırlanmış polarizasiya potensialı. [99]
  • ORIENT – Enthony J. Stone (Kembridge Universiteti) və həmkarları tərəfindən hazırlanmış prosedur. [100]
  • Qauss Elektrostatik Modeli (GEM) – NIEHS-də Thomas A. Darden və G. Andrés Cisneros və Paris VI Universitetində Jean-Philip Piquemal tərəfindən hazırlanmış Sıxlıq Uyğunluğuna əsaslanan qütbləşə bilən güc sahəsi. [101][102][103]
  • Oleq Borogin, Dmitri Bedrov və əməkdaşları tərəfindən hazırlanmış, Wasatch Molecular Incorporated tərəfindən paylanan Mayelər, Elektrolitlər və Polimerlər üçün Atom Polarizasiya Potensialı (APPLE&P). [104]
  • Yurq Hutter və iş yoldaşları (Sürix Universiteti) tərəfindən hazırlanmış Kim-Qordon yanaşmasına əsaslanan qütbləşə bilən prosedur [sitat lazımdır]
  • GFN-FF (Həndəsə, Tezlik və Nonkovalent Qarşılıqlı Təsir Gücü Sahəsi) - Universitetdə Stefan Qrimme və Sebastyan Şpiçer tərəfindən hazırlanmış dövri cədvəl üzrə böyük molekulların strukturlarının və dinamikasının dəqiq təsviri üçün tam avtomatlaşdırılmış qismən qütbləşə bilən ümumi güc sahəsi. Bonn. [105]

Reaktiv redaktə

  • EVB (Empirik valent bağı) – Warshel və iş yoldaşları tərəfindən təqdim edilən bu reaktiv qüvvə sahəsi, yəqin ki, müxtəlif mühitlərdə kimyəvi reaksiyaların modelləşdirilməsində qüvvə sahələrindən istifadə etmək üçün ən etibarlı və fiziki cəhətdən ardıcıl üsuldur. [kimə görə?] EVB kondensasiya olunmuş fazalarda və fermentlərdə aktivləşmədən azad enerjilərin hesablanmasını asanlaşdırır. – Adri van Duin, William Goddard və həmkarları tərəfindən hazırlanmış reaktiv güc sahəsi (atomik potensial). It is slower than classical MD (50x), needs parameter sets with specific validation, and has no validation for surface and interfacial energies. Parameters are non-interpretable. It can be used atomistic-scale dynamical simulations of chemical reactions. [13] Parallelized ReaxFF allows reactive simulations on >>1,000,000 atoms on large supercomputers.

Coarse-grained Edit

  • DPD (Dissipative particle dynamics) - This is a method commonly applied in chemical engineering. It is typically used for studying the hydrodynamics of various simple and complex fluids which require consideration of time and length scales larger than those accessible to classical Molecular dynamics. The potential was originally proposed by Hoogerbrugge and Koelman [106][107] with later modifications by Español and Warren [108] The current state of the art was well documented in a CECAM workshop in 2008. [109] Recently, work has been undertaken to capture some of the chemical subtitles relevant to solutions. This has led to work considering automated parameterisation of the DPD interaction potentials against experimental observables. [35] – a coarse-grained potential developed by Marrink and coworkers at the University of Groningen, initially developed for molecular dynamics simulations of lipids, [3] later extended to various other molecules. The force field applies a mapping of four heavy atoms to one CG interaction site and is parameterized with the aim of reproducing thermodynamic properties.
  • SIRAH – a coarse-grained force field developed by Pantano and coworkers of the Biomolecular Simulations Group, Institut Pasteur of Montevideo, Uruguay developed for molecular dynamics of water, DNA, and proteins. Free available for AMBER and GROMACS packages.
  • VAMM (Virtual atom molecular mechanics) – a coarse-grained force field developed by Korkut and Hendrickson for molecular mechanics calculations such as large scale conformational transitions based on the virtual interactions of C-alpha atoms. It is a knowledge based force field and formulated to capture features dependent on secondary structure and on residue-specific contact information in proteins. [110]

Machine learning Edit

  • ANI is a transferable neural network potential, built from atomic environment vectors, and able to provide DFT accuracy in terms of energies. [111]
  • FFLUX (originally QCTFF) [112] A set of trained Kriging models which operate together to provide a molecular force field trained on Atoms in molecules or Quantum chemical topology energy terms including electrostatic, exchange and electron correlation. [113][114]
  • TensorMol, a mixed model, a Neural network provides a short-range potential, whilst more traditional potentials add screened long range terms. [114]
  • Δ-ML not a force field method but a model that adds learnt correctional energy terms to approximate and relatively computationally cheap quantum chemical methods in order to provide an accuracy level of a higher order, more computationally expensive quantum chemical model. [115]
  • SchNet a Neural network utilising continuous-filter convolutional layers, to predict chemical properties and potential energy surfaces. [116]
  • PhysNet is a Neural Network-based energy function to predict energies, forces and (fluctuating) partial charges. [117]

Water Edit

The set of parameters used to model water or aqueous solutions (basically a force field for water) is called a water model. Water has attracted a great deal of attention due to its unusual properties and its importance as a solvent. Many water models have been proposed some examples are TIP3P, TIP4P, [118] SPC, flexible simple point charge water model (flexible SPC), ST2, and mW. [119] Other solvents and methods of solvent representation are also applied within computational chemistry and physics some examples are given on page Solvent model. Recently, novel methods for generating water models have been published. [120]


NƏTİCƏLƏR

Locomotor activity levels following pseudoephedrine and morphine treatments

The exploratory movements of animals were monitored by using a web-based camera. Patterns of ambulatory behavior were computed by using a tracking system (Fig. 4). The movement patterns of 4 representative animals, during a 60-90 min period, are shown. The effects of treatments were compared to the levels in mice treated with saline control. The results showed that morphine increased animal movements, whereas PSE did not appear to affect animal movements, at either 50 or 100 mg/kg body weight (BW). A one-way ANOVA also confirmed a significant increase in locomotor counts induced by morphine (F(3,35)=31.350, p<0.05) (Fig. 5). No significant difference in locomotor counts was observed following PSE treatments.

Fig. 4.

Monitoring locomotor activity following saline, 50 and 100 mg/kg pseudoephedrine, and 15 mg/kg morphine treatments. A web-based camera was used to record animal movement. The levels of animal movements were detected by a tracking system. Movements within a specific area of the recording chamber are represented by grayscale code.

Fig. 5.

Effects of morphine and pseudoephedrine treatments on locomotor activity levels. Locomotor counts were averaged and expressed as the mean ± S.E.M. The effects of treatment were determined using a one-way ANOVA, followed by multiple comparisons with the Student-Newman-Keuls post hoc test. n=9. *P≤0.05 compared with the control group.

Local field potential oscillations in the striatum following pseudoephedrine and morphine treatments

Following morphine or PSE treatments, the raw signals of local field potential oscillations were subjected to visual inspection. Brain waves from representative animals, under the four different treatment conditions, were compared (Fig. 6). The results showed that the brain waves from all animals contained both slow and fast activities within the raw signals. PSE treatment, at both 50 and 100 mg/kg BW, appeared to produce similar local field potential patterns as saline treatment. In contrast, differential signaling patterns were observed following 15 mg/kg BW morphine treatment, including additional fast activities, with gamma activity superimposed on basic slow-wave signals.

Şəkil 6.

Raw LFP signals in the striatum, following saline, 50 and 100 mg/kg pseudoephedrine, and 15 mg/kg morphine treatments. Representative LFPs of 4 mice per treatment are displayed in the time-domain.

Raw signals were also expressed as spectrograms for inspection of frequency activities in time domain. Spectrograms of representative animals that received four different treatments were shown (Fig. 7). In comparison with the spectrogram for control animals, PSE-treated animals (both 50 and 100 mg/kg BW) appeared to show baseline levels of local field potentials. Relatively similar activities were observed for frequencies below 50 Hz. In contrast, dominant gamma frequency activity was observed following morphine treatment. Gamma activity clearly increased and ebbed within 3 h following morphine treatment.

Fig. 7.

Representative LFP spectrograms, displaying the dynamics of brain wave frequencies, for saline, 50 and 100 mg/kg pseudoephedrine, and morphine treatments. In spectrograms, the values of EEG powers are expressed as a grayscale of frequency against time.

Finally, frequency analyses of local field potentials during a 60-90 min period were focused to reveal the spectral powers in the frequency and time domains. Local field potentials were analyzed and expressed as percent total power every 30 mins (Fig. 8A-F). The results showed increases in the frequency ranges for low-gamma and high-gamma bands, starting from 0-30 min until 150-180 min. Therefore, data from all time periods were collected for statistical analyses. Significant differences in low-gamma and high-gamma powers were found during all examined periods, including 0-30 min [low-gamma (F(3,35)=7.487, p<0.05), high-gamma (F(3,35)=4.261, p<0.05)], 30-60 min [low-gamma (F(3,35)=11.662, p<0.05), high-gamma (F(3,35)=6.262, p<0.05)], 60-90 min [low-gamma (F(3,35)=6.401, p<0.05), high-gamma (F(3,35)=11.755, p<0.05)], 90-120 min [low-gamma (F(3,35)= 4.670, p<0.05), high-gamma (F(3,35)=5.292, p<0.05)], 120-150 min [low-gamma (F(3,35)=7.979, p<0.05), high-gamma (F(3,35)=10.503, p<0.05)], and 150-180 min [low-gamma (F(3,35)=5.709, p<0.05), high-gamma (F(3,35)=7.731, p<0.05)] (Fig. 9). Multiple comparisons also indicated that significant increases in low-gamma and high-gamma powers were only produced by morphine treatment. Neither the 50 nor 100 mg/kg BW PSE dose produced significant differences in power for these frequency bands. Moreover, the gamma powers of a wide frequency range of (35–100 Hz) were analyzed and expressed in the time domain. Gamma power was clearly increased by morphine but not by PSE treatment (Fig. 10A). Both the 50 and 100 mg/kg BW PSE treatment doses produced only baseline levels of gamma activity. Therefore, the averaged gamma powers during the 60–180 min period were statistically analyzed (Fig. 10B). A one-way ANOVA revealed that gamma activity was significantly increased only by the morphine treatment (F(3,35)=9.975, p<0.05). No significant effects on gamma activity were produced by PSE treatments.

Şəkil 8.

Frequency analyses of striatal LFP oscillations. Spectral powers following saline, 50 and 100 mg/kg pseudoephedrine, and morphine treatments were analyzed every 30 mins and expressed as a percentage of total power in the frequency domain (A–F).

Fig. 9.

Effects of saline, 50 and 100 mg/kg pseudoephedrine, and 15 mg/kg morphine treatments on low- and high-gamma frequency waves. Data are expressed as the mean ± S.E.M. The effects of treatments were determined using a one-way ANOVA, followed by multiple comparisons (Student-Newman-Keuls post hoc test). n=10. * P≤0.05 compared with control levels.

Fig. 10.

Time-course analysis of the effects of 50 and 100 mg/kg pseudoephedrine and 15 mg/kg morphine treatments on gamma oscillations (35–100 Hz) in the striatum during a 3 h period. Values were normalized and expressed as a percent of total power (A). The inset values were calculated from the period of 60–180 min (B). Data are expressed as the mean ± S.E.M. The effects of treatments were determined by using a one-way ANOVA, followed by multiple comparisons (Student-Newman-Keuls post hoc test). n=9. * P≤0.05 compared with control levels.

Sleep-wakefulness following pseudoephedrine and morphine treatments

The effects of PSE and morphine treatments on sleep-wake patterns were analyzed. Data were scored and expressed as the total times of wake, NREM, and REM sleep (Fig. 11). One-way ANOVA revealed significant differences in the wake (F(2,17)=19.263, p<0.05), NREM (F(2,17)= 16.478, p<0.05), and REM (F(2,17)=7.369, p<0.05) sleep periods. Multiple comparisons also indicated that significant increases in the total time spent in all brain states were induced by morphine but not PSE.

Fig. 11.

Effects of 50 and 100 mg/kg pseudoephedrine and 15 mg/kg morphine treatments on sleep-wake cycles. The mean time spent in each brain state is shown. Sleep-wake data were analyzed from EEG signals recorded for 3 h following treatment. Data are expressed as the mean ± S.E.M. The effects of treatment were determined by using a one-way ANOVA, followed by multiple comparisons (Student-Newman-Keuls post hoc test). n=9. * P≤0.05 compared with control levels.


Intrinsic dendritic filtering gives low-pass power spectra of local field potentials

The local field potential (LFP) is among the most important experimental measures when probing neural population activity, but a proper understanding of the link between the underlying neural activity and the LFP signal is still missing. Here we investigate this link by mathematical modeling of contributions to the LFP from a single layer-5 pyramidal neuron and a single layer-4 stellate neuron receiving synaptic input. An intrinsic dendritic low-pass filtering effect of the LFP signal, previously demonstrated for extracellular signatures of action potentials, is seen to strongly affect the LFP power spectra, even for frequencies as low as 10 Hz for the example pyramidal neuron. Further, the LFP signal is found to depend sensitively on both the recording position and the position of the synaptic input: the LFP power spectra recorded close to the active synapse are typically found to be less low-pass filtered than spectra recorded further away. Some recording positions display striking band-pass characteristics of the LFP. The frequency dependence of the properties of the current dipole moment set up by the synaptic input current is found to qualitatively account for several salient features of the observed LFP. Two approximate schemes for calculating the LFP, the dipole approximation and the two-monopole approximation, are tested and found to be potentially useful for translating results from large-scale neural network models into predictions for results from electroencephalographic (EEG) or electrocorticographic (ECoG) recordings.

Bu, abunə məzmununun, qurumunuz vasitəsilə girişin önizləməsidir.


NƏTİCƏ

Altogether, the present findings demonstrated clear evidence of the psychostimulatory effects produced by morphine but found no similar effects for PSE. Previous studies have reported that cellular activity in the striatum was induced by PSE treatment. However, the present study confirmed that CNS activities induced by PSE have no detectable output at the levels of locomotor activity and local field potential oscillations in the striatum following acute treatment. Further studies might be necessary to examine the chronic effects of PSE on oscillations in the basal ganglia and locomotion compared with the levels produced by standard stimulant drugs. At this stage, these data support the use of PSE for the acute treatment of occasional nasal congestion. The continuous use of PSE for chronic diseases, such as allergic rhinitis or allergic with asthma, may not be recommended.


Fon

Historically, the mammalian neocortex has been viewed as the pinnacle of brain evolution. The highly structured six-layered laminar cytoarchitecture of the neocortex and the associated computational properties contributing to complex cognition added to this view. However, exactly how laminar cytoarchitecture and associated neurophysiological processes mediate complex cognition remains poorly understood. Our understanding of how the neocortex works can be informed by comparisons with other animals. Notably, comparisons with non-mammalian groups lacking laminar cytoarchitecture, as is the case in birds, can be used to isolate traits that depend upon laminar cytoarchitecture from those that do not. In this study, we use this comparative approach to gain insight into the neocortex by examining sleep-related neuronal activity in the avian brain.

A growing body of research suggests that the brain rhythms occurring during sleep are involved in processing information acquired during wakefulness [1]. Notably, the slow (typically <1 Hz) oscillation of neocortical neuronal membrane potentials between a depolarized “up-state” with action potentials, and a hyperpolarized “down-state” with neuronal quiescence occurring during non-rapid eye movement (NREM) sleep and some types of anesthesia is the focus of several hypotheses for the function of sleep [2–4]. The term ‘slow-oscillation’ is in wide-spread use even though the interval between down-states is variable and individual cycles of the slow-oscillation originate from different neocortical locations [5–8]. Slow-oscillations manifest in electroencephalogram (EEG) or local field potential (LFP) recordings as high-amplitude, slow-waves that propagate across the mammalian neocortex as traveling waves [5, 7–15], raising the possibility that they are involved in processing spatially distributed information [1, 16] via processes such as spike timing-dependent plasticity [17]. However, it remains unknown whether the traveling nature of slow-oscillations reflects a feature unique to the laminar cytoarchitecture and associated computational properties of the neocortex [18] or a more general aspect of sleep-related neuronal activity.

To distinguish between these alternatives, we studied brain activity in birds, the only non-mammalian group known to exhibit slow-oscillations [19] and associated EEG slow-waves comparable to those observed in mammals during NREM sleep [20, 21]. This similarity between mammals and birds is particularly interesting because unlike the laminar mammalian neocortex, neurons in the avian forebrain are arranged in a largely nuclear manner [22]. Specifically, the hyperpallium, a region developmentally homologous and functionally similar to the mammalian primary visual and somatosensory/motor cortices [23, 24], lacks the laminar arrangement of neurons, including pyramidal neurons with long trans-layer apical dendrites found in the six-layered mammalian neocortex and in the three-layered dorsal cortex of the closest living reptilian relatives to birds [24]. Instead, the hyperpallium is composed of long flat nuclei stacked one on top of the other running along the dorsal-medial-anterior surface of the brain, each of which is composed of stellate neurons with short spiny dendrites and axonal projections within and between nuclei [24, 25]. Interestingly, this cytoarchitecture is even found within high-order association regions in the avian brain (that is, mesopallium and nidopallium) involved in orchestrating complex cognitive tasks, in some cases comparable to those performed by primates [26].

We recorded intracerebral potentials in the zebra finch (Taeniopygia guttata) hyperpallium and nidopallium to evaluate whether traveling slow-waves are unique to mammals, or are shared with birds irrespective of fundamental differences in cytoarchitectonic organization.


İstinadlar

Bandettini, P.A., Wong, E.C., Hinks, R.S., Tikofsky, R.S. & Hyde, J.S. Time course EPI of human brain function during task activation. Magn. Reson. Med. 25, 390–397 (1992).

Ogawa, S. et al. Intrinsic signal changes accompanying sensory stimulation: functional brain mapping with magnetic resonance imaging. Proc. Natl. akad. Sci. ABŞ 89, 5951–5955 (1992).

Kwong, K.K. və b. Dynamic magnetic resonance imaging of human brain activity during primary sensory stimulation. Proc. Natl. akad. Sci. ABŞ 89, 5675–5679 (1992).

Kim, S.G. & Ugurbil, K. Functional magnetic resonance imaging of the human brain. J. Neurosci. Metodlar 74, 229–243 (1997).

Logothetis, N.K. & Wandell, B.A. Interpreting the BOLD signal. Annu. Rev. Physiol. 66, 735–769 (2004).

Duong, T.Q., Kim, D.S., Ugurbil, K. & Kim, S.G. Localized cerebral blood flow response at submillimeter columnar resolution. Proc. Natl. akad. Sci. ABŞ 98, 10904–10909 (2001).

Kim, D.S. et al. Spatial relationship between neuronal activity and BOLD functional MRI. Neyroşəkil 21, 876–885 (2004).

Zheng, Y. et al. A model of the hemodynamic response and oxygen delivery to the brain. Neyroşəkil 16, 617–637 (2002).

Thompson, J.K., Peterson, M.R. & Freeman, R.D. Separate spatial scales determine neural activity–dependent changes in tissue oxygen within central visual pathways. J. Neurosci. 25, 9046–9058 (2005).

Offenhauser, N., Thomsen, K., Caesar, K. & Lauritzen, M. Activity-induced tissue oxygenation changes in rat cerebellar cortex: interplay of postsynaptic activation and blood flow. J. Fiziol. (Lond.) 565, 279–294 (2005).

Thompson, J.K., Peterson, M.R. & Freeman, R.D. Single-neuron activity and tissue oxygenation in the cerebral cortex. Elm 299, 1070–1072 (2003).

Fatt, I. Polarographic Oxygen Sensors 197–218 (CRC Press, Cleveland, Ohio, 1976).

Mathiesen, C., Caesar, K., Akgoren, N. & Lauritzen, M. Modification of activity-dependent increases of cerebral blood flow by excitatory synaptic activity and spikes in rat cerebellar cortex. J. Fiziol. (Lond.) 512, 555–566 (1998).

Logothetis, N.K., Pauls, J., Augath, M., Trinath, T. & Oeltermann, A. Neurophysiological investigation of the basis of the fMRI signal. Təbiət 412, 150–157 (2001).

Caesar, K., Thomsen, K. & Lauritzen, M. Dissociation of spikes, synaptic activity, and activity-dependent increments in rat cerebellar blood flow by tonic synaptic inhibition. Proc Natl Acad Sci. ABŞ 100, 16000–16005 (2003).

Devor, A. et al. Coupling of total hemoglobin concentration, oxygenation, and neural activity in rat somatosensory cortex. Neyron 39, 353–359 (2003).

Mukamel, R. et al. Coupling between neuronal firing, field potentials, and fMRI in human auditory cortex. Elm 309, 951–954 (2005).

Niessing, J. et al. Hemodynamic signals correlate tightly with synchronized gamma oscillations. Elm 309, 948–951 (2005).

Logothetis, N.K. The underpinnings of the BOLD functional magnetic resonance imaging signal. J. Neurosci. 23, 3963–3971 (2003).

Henrie, J.A. & Shapley, R. LFP power spectra in V1 cortex: the graded effect of stimulus contrast. J. Neurophysiol. 94, 479–490 (2005).

Malonek, D. & Grinvald, A. Interactions between electrical activity and cortical microcirculation revealed by imaging spectroscopy: implications for functional brain mapping. Elm 272, 551–554 (1996).

Kreiman, G. et al. Object selectivity of local field potentials and spikes in the macaque inferior temporal cortex. Neyron 49, 433–445 (2006).

Liu, J. & Newsome, W.T. Local field potential in cortical area MT: stimulus tuning and behavioral correlations. J. Neurosci. 26, 7779–7790 (2006).

Rager, G. & Singer, W. The response of cat visual cortex to flicker stimuli of variable frequency. Eur. J. Neurosci. 10, 1856–1877 (1998).

Hawken, M.J., Shapley, R.M. & Grosof, D.H. Temporal-frequency selectivity in monkey visual cortex. Vis. Nevroloq. 13, 477–492 (1996).

Gilbert, C.D. Laminar differences in receptive field properties of cells in cat primary visual cortex. J. Fiziol. (Lond.) 268, 391–421 (1977).

Vanzetta, I. & Grinvald, A. Increased cortical oxidative metabolism due to sensory stimulation: implications for functional brain imaging. Elm 286, 1555–1558 (1999).

Issa, N.P., Trepel, C. & Stryker, M.P. Spatial frequency maps in cat visual cortex. J. Neurosci. 20, 8504–8514 (2000).

Wilke, M., Logothetis, N.K. & Leopold, D.A. Local field potential reflects perceptual suppression in monkey visual cortex. Proc Natl Acad Sci. ABŞ 103, 17507–17512 (2006).

von Stein, A., Chiang, C. & Konig, P. Top-down processing mediated by interareal synchronization. Proc Natl Acad Sci. ABŞ 97, 14748–14753 (2000).

Jokisch, D. & Jensen, O. Modulation of gamma and alpha activity during a working memory task engaging the dorsal or ventral stream. J. Neurosci. 27, 3244–3251 (2007).

Maex, R. & Orban, G.A. Model circuit of spiking neurons generating directional selectivity in simple cells. J. Neurophysiol. 75, 1515–1545 (1996).


Band-pass and band-stop filters

Note that filters do not remove all of the energy outside of their pass band (the pass band is the frequencies between X and Y for a band pass filter, and below X and above Y for a band stop filter). Generally, the further away from the cut off frequencies (X and Y), the greater the attenuation of the energy. How fast the attenuation increases as a function of frequency is established by parameters (primarily “Q”) of the filter. Real filters will also attenuate within the pass band, and there are some tradeoffs in the selection of parameters.

Page last modified 23Dec2014

Associated Applications

Associated Disciplines

Practical Lab Kit with BSL 4 & MP41

BSL Home enables students to safely conduct hands-on physiology labs wherever they are! Purchase this complete lab solution to preserve practical lab experience! Includes MP41 Unit+Lead Set with BSL Home software, EL503 electrodes, WRAP1 self-adhering wrap for EEG lessons, and disposable 9 V battery. For instructors—BSL Home makes it easy for instructors to continue running practical [&hellip]

New Citations | Large Group Studies

BIOPAC provides software and hardware that allows research teams to study large group interactions. Here are a few notable studies using BIOPAC equipment for large group research focusing on participation and EDA data. Participation is Key Active participation in education is always thought to lead to better results. Using two groups of six students, TA’s led labs using [&hellip]

Electrocardiography Guide Now Available

BIOPAC’s comprehensive Introductory ECG Guide addresses fundamental to advanced concerns to optimize electrocardiography data recording and analysis. Topics include: ECG Complex Electrical and Mechanical Sequence of a Heartbeat Systole and Diastole Configurations for Lead I, Lead II, Lead III, 6-lead ECG, 12-lead ECG, precordial leads Ventricular Late Potentials (VLPs) ECG Measurement Tools Automated Analysis Routines for extracting, [&hellip]


Videoya baxın: Cara mengatasi network adapter LAN yang tidak terdeteksi atau hilang. cek description (Oktyabr 2022).