پیش بینی روند پیشرفت بیماری آلزایمر با استفاده از مدلسازی اتوماتای سلولی

Abstract

با بالا رفتن مبتلایان به بیماری آلزایمر در جهان و رشد صعودی مبتلایان این بیماری در سال¬های آینده، هنوز فرآیند دقیق بروز این بیماری و چگونگی تشخیص زودهنگام آن معلوم نیست. از هنگام کشف این بیماری تا کنون، مطالعات گسترده‌ای برای تشخیص، درمان و شناخت بیشتر ماهیت بیماری آلزایمر صورت گرفته است. در خلال این کارهای علمی و در سال¬های اخیر، مدل‌سازی ریاضی بیماری آلزایمر راهی موثر برای مطالعه تاثیر شاخص‌های گوناگون مثل داروهای مختلف روی پیشرفت این بیماری بدون استفاده از نمونه‌های انسانی یا حیوانی فراهم آورده است. هدف: در این پژوهش مدل جدیدی بر مبنای مدل¬سازی ریاضی با اتوماتای سلولی ارائه شده است که روش مناسبی برای مطالعه پدیده¬های زیستی محسوب می¬شود. در مدل¬سازی گسترش بیماری آلزایمر رفتار اولین نورون بیمار و چگونگی مرگ آن در آغازی‌ترین نقطه بیماری که هنوز قابل تشخیص نیست، مطالعه می¬شود. روش مطالعه: عامل اصلی گسترش بیماری آلزایمر در این مدل پلاک‌های آمیلوئیدبتا هستند که مقدار آن توسط معادلات پوری_ لی محاسبه می‌شود. در این مدل، مجموعه سیناپس‌های هر نورون به عنوان خانه‌هایی مربعی که پیرامون هسته را اشغال کرده‌اند، در نظر گرفته شده‌اند. مطابق تعریف اتوماتای سلولی، حالت¬های خانه¬های مربعی پیرامونی، تعیین کننده حالت خانه محاطی در این مدل (هسته نورون) خواهند بود. بر این اساس، تعریف جدیدی از نرخ آلزایمر، نرخ بحرانی و نرخ هشدار برای شبکه نورونی ارائه شده است. برای بهتر نشان دادن این تعریف¬ها و تفسیر کارآمدتر مدل در یک شبکه 3 × 3 شبیه سازی شده است. نتایج: به منظور تصویرسازی بهتر فرآیند بیماری آلزایمر شبکه‌هایی با ابعاد کوچک شبیه سازی شده است تا نشان¬دهنده چگونگی روند گسترش بیماری در سال¬های اولیه شروع آن باشد. از طرفی تاثیرگذاری تغییرات سلول¬های آستروگلیا و میکروگلیا روی پیشرفت بیماری مورد مطالعه قرار گرفته است و با این روش، حساسیت مقدار پیشرفت بیماری آلزایمر نسبت به این سلول¬ها محاسبه و مشاهده می‌شود. همچنین خروجی مدل نشان می¬دهد استفاده از داروی مناسب می¬تواند چگونه گسترش بیماری را کنترل کند. بحث و نتیجه¬گیری چگونگی تاثیرگذاری سیناپس¬ها روی وضعیت نورون را توصیف کرد. از طرفی با تعریف نرخ آلزایمر، نرخ بحرانی و نرخ هشدار برای مدل خروجی به دست آمده از مدل، وضعیت شبکه به صورت کمی توصیف شده و مقایسه شبکه¬های مختلف با ابعاد متفاوت امکان پذیر می¬گردد.: شروع علائم بیماری آلزایمر مدت¬ها پس از گسترش بیماری شروع می¬شود و روش¬های موجود (به علت از بین رفتن و مرگ نورون-های مغزی) سعی در تسکین علائم بیماری دارند. در نتیجه ضرورت کنترل بیماری در سال¬های اولیه شروع آن ضروری به نظر می¬رسد. بنابراین مدل تدوین شده می¬تواند به درک پیشرفت ما از بیماری آلزایمر کمک کند و راه‌ را برای مدل‌سازی‌های پیچیده‌تر ریاضی، هموارتر نماید.