생체모사 인공 망막 광수용체 로돕신 포톤 트랜스덕션 & 1,000Hz 0-Alloc C# 시신경 스파이크 발화 제어 엔진

using System;
using System.Runtime.CompilerServices;

namespace ZeliDesk.BionicNeuroMetrology
{
    /// <summary>
    /// 입사 광자 및 망막 광수용체 생화학 상태 구조체
    /// </summary>
    public readonly ref struct PhotoreceptorState
    {
        public double PhotonFlux { get; }           // 입사 광자 수 (photons/s)
        public double AmbientTempKelvin { get; }    // 망막 조직 온도 (K)
        public double ElectrodeImpedanceOhm { get; }// 전극-신경 계면 임피던스 (Ohm)

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public PhotoreceptorState(double flux, double temp, double imp)
        {
            PhotonFlux = flux;
            AmbientTempKelvin = temp;
            ElectrodeImpedanceOhm = imp;
        }
    }

    /// <summary>
    /// 1,000Hz 0-Alloc C# 생체모사 인공 망막 광전 변환 및 신경 발화 제어 코어
    /// </summary>
    public ref struct ArtificialRetinaEngine
    {
        // 로돕신 생화학 시뮬레이션 상태 변수
        private double _activeRhodopsin; // R*
        private double _cgmpConc;        // [cGMP] (uM)
        
        // 이지케비치 뉴런 모델 파라미터 (망막 신경절 긴장성 발화 타입)
        private double _vMembrane;       // 막전위 (mV)
        private double _uRecovery;       // 회복 변수
        private const double ParamA = 0.02;
        private const double ParamB = 0.2;
        private const double ParamC = -65.0;
        private const double ParamD = 8.0;

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public ArtificialRetinaEngine(double initialV, double initialCgmp)
        {
            _activeRhodopsin = 0.0;
            _cgmpConc = initialCgmp;
            _vMembrane = initialV;
            _uRecovery = ParamB * initialV;
        }

        /// <summary>
        /// 1,000Hz 주기 (dt = 0.001s) 생체 신호 연산 및 전극 자극 펄스 산출
        /// </summary>
        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public void ProcessStep(
            in PhotoreceptorState state,
            out double membranePotentialMv,
            out bool isSpikeFired,
            out double biphasicCurrentMicroAmp)
        {
            const double dt = 0.001; // 1ms 타임스텝

            // 1. 로돕신 활성화 및 불활성화
            double dR = (0.7 * state.PhotonFlux) - (50.0 * _activeRhodopsin);
            _activeRhodopsin += dR * dt;
            if (_activeRhodopsin < 0.0) _activeRhodopsin = 0.0;

            // 2. cGMP 가수분해 및 농도 감소 (신호 증폭)
            double hydrolysisRate = 0.1 + (0.05 * _activeRhodopsin);
            double dCgmp = 8.0 - (hydrolysisRate * _cgmpConc);
            _cgmpConc += dCgmp * dt;
            if (_cgmpConc < 0.1) _cgmpConc = 0.1;

            // 3. 자극 전류 변환 (cGMP 감소 -> 망막 신경절 세포 자극 증가)
            double stimulusCurrent = 15.0 * (1.0 / _cgmpConc);

            // 4. 이지케비치 신경 스파이크 미분방정식 룬게-쿠타 1차 적분
            double dv = (0.04 * _vMembrane * _vMembrane) + (5.0 * _vMembrane) + 140.0 - _uRecovery + stimulusCurrent;
            double du = ParamA * ((ParamB * _vMembrane) - _uRecovery);

            _vMembrane += dv * (dt * 1000.0); // 신경 타임스케일(ms) 보정
            _uRecovery += du * (dt * 1000.0);

            // 5. 활동전위 스파이크 발화 판정
            if (_vMembrane >= 30.0)
            {
                isSpikeFired = true;
                membranePotentialMv = 30.0;
                _vMembrane = ParamC;
                _uRecovery += ParamD;
                // 안전한 2상성 전하 균형 자극 펄스 (Cathodic First)
                biphasicCurrentMicroAmp = 85.0;
            }
            else
            {
                isSpikeFired = false;
                membranePotentialMv = _vMembrane;
                biphasicCurrentMicroAmp = 0.0;
            }
        }
    }
}