Circuits et systemes de modelisation analogique de neurones ...

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Table des matièresTABLE DES MATIERESINTRODUCTION GÉNÉRALE .............................................................................................7CHAPITRE I : ELEMENTS DE NEUROBIOLOGIE ET DE MODÉLISATION.........111. Introduction. ....................................................................................................................132. Anatomie du neurone. .....................................................................................................133. Principes établis de la conduction nerveuse. ...................................................................153.1. Le neurone, conducteur électrique. ...........................................................................153.2. Mécanisme membranaire actif : potentiel d'action. ..................................................183.3. Connexions et réseaux, fonctionnement des synapses..............................................203.4. Propriétés émergentes des réseaux............................................................................224. Modélisation et simulation des mécanismes nerveux. ....................................................224.1. Propriétés statiques de l'arborescence dendritique : équation de propagation. .........244.2. Modélisation des mécanismes membranaires actifs. ................................................244.2.1. Formalisme de Hodgkin et Huxley. ..................................................................254.2.2. Simplifications du formalisme de Hodgkin et Huxley......................................284.2.3. Modèles stochastiques, chaînes de Markov. .....................................................294.3. A propos des méthodes d'extraction des paramètres de modèles..............................304.3.1. Voltage imposé ("voltage-clamp")....................................................................314.3.2. "Patch-clamp" et enregistrement d'un canal unique..........................................324.4. Simulation numérique...............................................................................................345. Conclusions. ....................................................................................................................35CHAPITRE II : CIRCUITS ANALOGIQUES ELEMENTAIRES. .................................371. Introduction. ....................................................................................................................392. Outils et technologie utilisés. ..........................................................................................412.1. Principes de la microélectronique.............................................................................412.2. Technologies disponibles..........................................................................................422.3. Outils logiciels et modèles de simulations................................................................461
Table des matières2.3.1. Suite logiciel Cadence...................................................................................... 462.3.2. A propos du choix des modèles, illustration du transistor MOS sous le seuil. 463. Opérateurs et fonctions de base. ..................................................................................... 493.1. Convertisseurs tension-courant et courant-tension................................................... 513.2. Additionneur............................................................................................................. 543.3. Multiplieurs. ............................................................................................................. 543.3.1. Multiplieur "beta-immune". ............................................................................. 553.3.2. Multiplieur log-antilog. .................................................................................... 573.4. Fonction sigmoïdale. ................................................................................................ 583.5. Intégrateur.................................................................................................................613.6. Mémoire analogique intégrée................................................................................... 643.6.1. Méthode dynamique : échantillonneur-bloqueur.............................................. 653.6.2. Méthode non-volatile : mémoire à grille flottante............................................ 683.6.2.1. Mise en conduction de l'isolant par un faisceau UV.................................. 703.6.2.2. Injection de porteurs chauds. ..................................................................... 713.6.2.3. Effet tunnel. ............................................................................................... 733.7. Réglage de la topologie. ........................................................................................... 764. Synthèse des différentes conductances ioniques............................................................. 774.1. Structure générale..................................................................................................... 774.2. Détails des différentes conductances ioniques implémentées.................................. 794.2.1. Sodium Na et potassium K............................................................................... 794.2.2. Courants de fuite, stimulation et compensation. .............................................. 794.2.3. Calcium Ca et potassium calcium dépendant K(Ca)........................................ 804.2.4. Synapse............................................................................................................. 814.3. Relations d'étalonnage pour les différents paramètres. ............................................ 815. Avantages comparés de la résolution analogique. .......................................................... 84CHAPITRE III : CIRCUITS INTÉGRÉS RÉALISÉS...................................................... 891. Introduction..................................................................................................................... 912. Circuits "susie" et "calvin" : valorisation des travaux de l'équipe neurone. ................... 922.1. Circuit "susie"........................................................................................................... 922.2. Circuit "calvin"......................................................................................................... 932
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