همایه یا سیناپس (به انگلیسی: Synapse) یک ساختار زیستی در پایانهٔ آکسون‌ها است که از راه آن یک سلول عصبی پیام خود را به دندریتیک نورون دیگر یا یاخته ماهیچه‌ای یا یک غده می‌فرستد. نورونها، بنیادین‌ترین یاخته‌های عصبیهستند. این یاخته‌ها کار پردازش و رسانش پیام‌های عصبی را بر دوش دارند. نورونها از راه رشته‌هایی بنام دندریت پیام را دریافت کرده و از راه رشته‌های دیگری بنام آکسون پیام را به یاخته دیگر رسانش می‌کنند. در سیناپس نورونها(سلولهای عصبی) به یکدیگر یا به اندام‌های بدن پیوسته نمی‌شوند، بلکه تنها در نزدیکی هم قرار می‌گیرند و با تراوش پیامرسان‌های عصبی(مانند گلوتامات،استیل کولین یا نور اپی نفرین) پیوند برقرار می‌گردد.
مغز انسان حاوی حدود شصت و هشت میلیارد نورون است که هر کدام توانایی ارتباط و تأثیر روی تعداد زیادی نورون دیگر را دارد. مکانیسم مؤثر و کارآمدی نیاز است تا ارتباط بین این تعداد نجومی از نورونها را برقرار کند. این ارتباط با استفاده از سیناپس صورت می‌گیرد. اگرچه تعداد زیادی سیناپس وجود دارد، ولی می توان آنها را به دو دسته تقسیم بندی کرد: سیناپس الکتریکی و سیناپس شیمیایی. در سیناپس الکتریکی جریان از شکاف پیوندگاه جاری می شود. در مقابل، سیناپس شیمیایی قادر به ارتباط سلول به سلول توسط ترشح پیام رسان عصبی می‌باشد. این عامل‌های شیمیایی که توسط نورون پیش سیناپسی ترشح می‌شوند، جریان‌های ثانویه در نورون پس سیناپسی را بوسیله فعال کردن گیرنده‌های خاصی تولید می کنند. در حدود ۱۰۰ نوع پیام رسان عصبی شناخته شده است.
سیناپس الکتریکی
اگرچه تعداد بسیار زیادی سیناپس در مغز انسان وجود دارد، آنها می توانند در دو نوع دسته بندی شوند: الکتریکی و شیمیایی با اینکه تعداد سیناپس الکتریکی کمتر است، ولی این نوع سیناپس در هرسیستم عصبی یافت می‌شود و اجازهٔ جریان مستقیم و منفعل الکتریکی را می‌دهد.
نورون تولید کننده جریان الکتریکی، نورون پیش سیناپسی و نورون دریافت کننده جریان، نورون پس سیناپسی نامیده می‌شود.
در سیناپس الکتریکی غشای دو نورون در ارتباط بسیار نزدیک (در حدود ۳.۵ نانومتر) با هم قرار می‌گیرند. فاصله غشای سلول ها از هم در این نوع از سیناپس بسیار نزدیک تر از سیناپی شیمیایی است. در سیناپس الکتریکی سلول ها توسط کانال هایی به نام شکاف پیوندگاه با هم ارتباط برقرار می کنند. کانال های شکاف پیوندگاه دقیقاً هم راستای یکدیگر در غشای نورون پیش سیناپسی و پس سیناپسی می‌باشند و یک روزنه به قطر ۱.۲ تا ۲۲ نانومتر تشکیل می دهند. این روزنه به اندازه کافی بزرگ است تا به یون ها و هم چنین بعضی مولکول های کوچک اجازه دهد تا از یک نورون وارد نورون دیگر شوند. به عبارت دیگر این روزنه بین محتویسیتوپلاسم یک سلول با سلول دیگر ارتباط برقرار می کند. بنابراین هنگامی که اختلاف پتانسیل غشا و در نتیجه غلظت یون ها در سیتوپلاسم یکی از سلول ها تغییر می کند، سلول دیگر نیز با دریافت یون ها از طریق روزنه شکاف پیوندگاه فعال می شود. به عبارت دیگر سیناپس الکتریکی با اجازه دادن به جریان یونی به عبور از روزنه شکاف پیوندگاه از یک نورون به نورون دیگر عمل می کند. منبع معمول این جریان، اختلاف پتانسیل تولید شده به صورت موضعی توسط پتانسیل کنش می‌باشد. این آرایش دارای خواص قابل ملاحظه‌ای می‌باشد ۱)عبور می‌تواند دو جهته باشد. یعنی بسته به اینکه کدام زوج کوپل شده در معرض پتانسیل کنش قرار گیرد، جریان می‌تواند در هر دو جهت از شکاف پیوندگاه عبور کند. ۲۲)عبور می تواند به صورت غیرعادی سریع باشد. یعنی ارتباط می‌تواند بدون تأخیر (مشخصهٔ سیناپس شیمیایی) صورت پذیرد. این ویژگی در عملکرد اولین سیناپس الکتریکی کشف شده آشکار است که در سیستم عصبی ماهی کرایفیش دیده شده است. سیگنال پس سیناپسی در زمانی حدود چند میلی ثانیه بعد از اعمال پتانسیل کنش به نورون پیش سیناپسی دیده می‌شود. در حقیقت قسمتی از این زمانتاخیر سیناپسیمختصر، مربوط به حرکت پتانسیل کنش در نورون پیش سیناپسی است و در کل در نوع الکتریکی تأخیری نداریم.این سرعت بالا عامل فرار سریع ماهی کرایفیش از دست صیاد است. یعنی زمان بین اعمال تحریک و پاسخ کمینه است.
سیناپس شیمیایی
فضای بین پیش سیناپسی و پس سیناپسی در سیناپس شیمیایی بزرگتر از سیناپس الکتریکی می باشد و گشودگی سیناپسی نامیده می شود.ویژگی بارز همه ی سیناپس های شیمیایی حضور ارکانهای کوچک و محدود به غشا به نام کیسه های سیناپسی داخل ترمینال پیش سیناپسی می باشد.این ارکانهای کروی با یک یا چند حامل عصبی پر شده‌اند.عبور در سیناپس شیمیایی بر اساس یک سری رویدادهای پیچیده که در شکل نشان داده شده است صورت می پذیرد. پروسه با اعمال پتانسیل کنش به ترمینال نورون پیش سیناپسی شروع می شود.تغییر در پتانسیل غشاکه در اثر رسیدن پتانسیل کنش صورت می گیرد،باعث بازشدن کانال های وابسته به ولتاژ کلسیم در غشای پیش سیناپسی می شود.بخاطر گرادیان غلظت زیاد پتاسیم،بازشدن کانال باعث بوجود آمدن شار جریان یون کلسیم به ترمینال پیش سیناپسی می شود و درنتیجه غلظت یون کلسیم سیتوپلاسم در ترمینال به مقدار بالایی میرسد.غلظت بالای یون کلسیم در پیش سیناپسی ،به کیسه های سیناپسی اجازه آنیخته شدن با غشای پلاسنایی نورون پیش سیناپسی رامی دهد.آمیختگی وابسته به یون کلسیم کیسه های سیناپسی با غشای ترمینال باعث می شود محتویات آنها (مثل حاملهای عصبی) به گشودگی سیناپسی آزاد شوند.سپس پیام رسان های عصبی در میان شکاف سیناپسی پخش می شوند به گیرنده های خاص در غشای نورون پس سیناپسی می چسبند و باعث می شوند کانالهای حساس به لیگاند در غشای پس سیناپسی باز شود و شارش جریان عبوری پتانسیل غشای نورون پس سیناپسی را تغییر می دهد.
در این مقاله یک سیناپس بیولوژیکی به صورت مداری و به صورت آنالوگ طراحی می شود. مدار در تکنولوژی 0.35 میکرومتر طراحی شده است و خروجی های آن نشان داده شده اند.
مقاله با نرم افزار HSpice شبیه سازی شده است. این مقاله در سال 2006 و در مجله علمی IEEE به چاپ رسیده است.
تمام این خروجی ها در نرم افزار HSpice به دست آورده شده است. این مقاله می تواند به عنوان پروژه ای کاملا مناسب و قوی برای دروس مدار مجتمع خطی، VLSI و سایر دروس کارشناسی و کارشناسی ارشد مورد استفاده قرار گیرد.
عنوان مقاله:
An ultra low power current-mode filter for neuromorphic systems and biomedical signal processing
عنوان فارسی:
یک فیلتر حالت جریان کم مصرف برای سیستم های نورومورفیک و پردازش سیگنال بیومدیکال
نویسنده:
Ciacomo Indiveri
Srinjoy Mitra
Chiara Bartolozzi
مقاله شبیه سازی شده با نرم افزار HSpice با عنوان سیناپس (فیلتر) طراحی شده به صورت انتگرال گیر زوج تفاضلی (DPI)
