Estudo do potencial de ação cardíaco das células aplicado ao sistema cardíaco e visual: uma abordagem computacional

Abstract

Este trabalho trata sobre o estudo da dinâmica de potenciais de ação aplicado ao coração e ao sistema visual. No coração é analisada a síndrome do QT longo em um modelo baseado em mapa para o potencial de ação cardíaco. A síndrome do QT Longo é uma anomalia que acomete o coração estando ligada com arritmias cardíacas. Fisiologicamente o coração muda seu ritmo de batimento e consequentemente isto é associado com o sistema elétrico no coração. No potencial de ação cardíaco, durante a arritmia em que está presente a síndrome do QT longo, se observa um prolongamento da fase de platô do potencial. O modelo KTzLog possui um conjunto de parâmetros onde gera um prolongamento na fase de platô do potencial de ação cardíaco simulado pelo modelo. Uma abordagem para a simulação de pseudo-Eletrocardiograma foi desenvolvidas para a análise da síndrome do QT Longo. Os resultados mostraram que o modelo pode ser utilizado para simular esta síndrome. Em relação ao sistema visual primário, trata do desenvolvimento de um modelo baseado em perceptron para a análise de dados provenientes do modelo NeuronalSYS, que é um modelo biológico desenvolvido a partir de resultados experimentais do sistema visual de mamíferos. O NeuronalSYS simula o funcionamento do sistema visual contemplando desde a retina até as camadas internas do córtex visual primário, passando pelas células ganglionares e núcleo geniculado lateral. Nas camadas internas do córtex visual primário são levadas em consideração as camadas referentes as vias de reconhecimento de formas da visão. Entre estas camadas, a camada II/III é a camada de saída onde os dados serão analisados. A análise consiste no processo de inserir uma imagem na retina do modelo e obter os dados da camada II/III que posteriormente são inseridos no modelo baseado em perceptron. Este modelo aprende a identificar diferente imagens inseridas na retina do NeuronalSYS, com a motivação de simular o mecanismo de interpretação do córtex visual. Os resultados mostraram que apesar do modelo demonstrar aprendizagem, não foi possível classificar as imagens devido a overfitting.

Abstract: This work addresses the study of action potential dynamics applied to the heart and the visual system. In the heart, long QT syndrome is analyzed using a mapbased model for cardiac action potential. Long QT syndrome is a disorder that affects the heart and is associated with cardiac arrhythmias. Physiologically, the heart?s rhythm changes, which is connected to its electrical system. In the cardiac action potential, during arrhythmias involving long QT syndrome, a prolongation of the plateau phase of the potential is observed. The KTzLog model includes a set of parameters that generate a prolongation in the plateau phase of the cardiac action potential simulated by the model. A pseudo-electrocardiogram simulation approach was developed for analyzing long QT syndrome. The results demonstrated that the model can be used to simulate this syndrome. In the context of the primary visual system, this work focuses on the development of a perceptron-based model for analyzing data from the NeuronalSYS model, a biological framework derived from experimental results of the mammalian visual system. NeuronalSYS simulates the visual system?s functionality from the retina through the ganglion cells and lateral geniculate nucleus to the inner layers of the primary visual cortex. These inner layers include pathways responsible for form recognition. Among them, layer II/III serves as the output layer where data are analyzed. The analysis involves feeding an image into the model?s retina and extracting data from layer II/III, which are subsequently processed by the perceptron-based model. This perceptron model aims to simulate the visual cortex?s interpretation mechanism by learning to recognize different images presented to the NeuronalSYS retina. Although the model showed learning capability, it failed to classify the images due to overfitting.