Impacto da Doen?a de Alzheimer sobre Diferentes Topologias de Astr?citos em um Sistema de Comunica??o Molecular

A Internet das Bio Nano-Coisas ? um novo paradigma que visa proporcionar novas t?cnicas remotamente controladas de detec??o e atua??o dentro do corpo humano. Para o desenvolvimento desse paradigma, ? necess?rio que sejam modelados e investigados modelos capazes de conduzir a uma melhor compreens?o e uma detec??o precoce de doen?as. A doen?a de Alzheimer ? uma doen?a neuro degenerativa cr?nica que causa perda de mem?ria e n?o tem cura, sendo desenvolvida pelo ac?mulo de placas do pept?dio -amil?ide. Essa doen?a causa s?rios danos em neur?nios e tamb?m em c?lulas da glia, como os astr?citos. Por esse motivo, o presente trabalho investiga o efeito das placas de amil?ide em astr?citos com doen?a de Alzheimer. Para tal, foi desenvolvido um modelo computacional para a simula??o de um sistema de comunica??o molecular baseado na sinaliza??o de Ca2+, composto de astr?citos saud?veis e, tamb?m, de astr?citos acometidos pela Doen?a de Alzheimer. O simulador foi constru?do a partir de modelos matem?ticos concebidos por meio de resultados experimentais, os quais levam em considera??o a din?mica intracelular do astr?cito, a din?mica do IP3, as jun??es comunicantes, os canais de c?lcio controlados por tens?o e o volume dos astr?citos. O simulador implementado tamb?m leva em considera??o as diferentes topologias de redes de astr?citos, incluindo a rede de Grau Regular, rede de Raio de Liga??o, rede de Atalho e a rede Erd?s-R?nyi. Um resolvedor estoc?stico proposto em v?rias escalas captura a rela??o entre as rea??es intracelulares e intercelulares. Com isso, foram avaliadas algumas m?tricas que s?o capazes de avaliar o desempenho deste sistema de comunica??o, a saber, a extens?o de propaga??o, o atraso molecular, o ganho de canal, a capacidade do canal e o ru?do da comunica??o. Os resultados revelam que as oscila??es mais inst?veis, mas ao mesmo tempo mais baixas, das redes de astr?citos sob a influ?ncia da Doen?a de Alzheimer podem criar um efeito em v?rias escalas na comunica??o entre astr?citos com o maior atraso molecular, maior ru?do na comunica??o, menor ganho de canal e menor capacidade de canal em compara??o com astr?citos saud?veis.IFP

A theoretical modeling and analysis of communication via heat flow at nanoscale

Nanonetworks constructed by interconnecting nanodevices using wireless communication allow the nanodevices to perform more complex functions by means of cooperation between them. For the first time in the literature, a novel and physically realizable nanoscale communication technique is introduced: Nanoscale Heat Communication (NHC) in which the heat transfer is used for communication at the nanoscale. The transmitted information is encoded in temperature signals using Magneto-Caloric Effect (MCE) which is the change in temperature of a magnetic material exposed to a varying magnetic field. Thermal energy emitted or absorbed by a transmitter nanodevice is subject to the laws of thermal diffusion which changes the temperature of the communication medium. The transmitted information is decoded by a receiver nanodevice that senses the temperature variations. Using information theoretical analysis, a closed-form expression for the channel capacity is obtained. According to the performance evaluation of the channel capacity, NHC provides a significantly higher capacity communication compared with the existing molecular communication techniques. Therefore, NHC stands as a promising solution to nanoscale communication between nanomachines based on its channel capacity performance, advantages, and possible applications for the emerging field of nanonetworks