Doctoral studies

Doktoritöö uuris närvirakkude matemaatilisi mudeleid

Tallinna Ülikooli loodus- ja terviseteaduste instituudi doktorant Sander Paekivi kaitses väitekirja, milles uuris närvirakkude mudeleid, et leida raku käitumismustreid kirjeldavaid valemeid.

neurons

Matemaatilisi mudeleid on neuroteadustes rakendatud juba enam kui sajand. Doktoritöö autor Sander Paekivi selgitab, et neist on võimalik näiteks ammutada infot närvirakkude käitumise kohta, mida omakorda eksperimentidega võrrelda. „Kuigi eksisteerib mitmeid väga detailseid mudeleid, on niinimetatud redutseeritud süsteemid tihtipeale kasulikumad, olles kergemini lahendatavad ning simulatsioonides rakendatavad,“ sõnab Paekivi.

Konkreetse mudeli puhul vaadeldakse närvirakku kui kondensaatorit, mis kogub laengut kuni teatud lävendväärtuseni. Peale lävendi saavutamist saadab neuron välja elektrisignaali ehk närviimpulsi. Viimane on suunatud järgmistele neuronitele ning sama protsessi alusel levib elektrisignaal kogu ajus. Matemaatilistes mudelites on võimalik uurida selle väljundimpulsi statistilisi omadusi, räägib Paekivi.

Täpsemalt uurib Paekivi oma doktoritöös kindlat sorti ja siiani vähe uuritud mäluefektide (mõeldakse ajalist sõltuvust möödunud olekutest) mõju närviraku käitumisele.

Nimelt on eksperimentidest teada, et närvirakkude käitumises peaks rolli mängima astmeseaduse tüüpi mäluefektid. Paekivi doktoritöö tulemused kinnitavadki astmeseaduse tüüpi mäluefektide olulisust närviimpulsi genereerimisel, paljastades sarnastes mudelites seninägematuid käitumismustreid, nagu näiteks kõrgsageduslikud närviimpulsside valangud.

Lisaks annab töö informatsiooni ka taoliste neuronite asukoha kohta reaalses ajus – piirkondades, kus neuronitesse tuleb signaale vähemalt kahest erinevast dendriidipuust. „Sellised neuroni statistika matemaatilised avaldised koos biofüüsikaliste vihjetega on üldiselt haruldased ning need on töö oluliseks tulemuseks,“ kinnitab väitekirja autor Sander Paekivi.

Tallinna Ülikooli loodus- ja terviseteaduste instituudi doktorandi Sander Paekivi väitekirja pealkiri on "Influence of memory on the spike generation for diffusion models of neurons" („Mälu mõju närviimpulsside genereerimisele neuronite difusioon-mudelites“). Avalik kaitsmine toimus reedel, 28. augustil.

Väitekirja juhendajad on Tallinna Ülikooli emeriitprofessor Romi Mankin ning Tallinna Ülikooli dotsent Astrid Rekker. Oponendid on Tartu Ülikooli emeriitprofessor ja külalisprofessor Teet Örd ning Sofia Tehnikaülikooli professor Michail D. Todorov.

Doktoritöö on kättesaadav TLÜ Akadeemilise Raamatukogu keskkonnas ETERA.