Мечтание моделируемого компьютерной моделью

Исследователи создали компьютерную модель на основе динамики клеток головного мозга и многих связей, которые те клетки устанавливают с их соседями и с клетками в других отделах головного мозга. Они надеются, что модель поможет им понять, почему определенные части интеллектуального труда вместе, когда человек мечтает или мысленно неработающий. Это, в свою очередь, может однажды помочь врачам лучше диагностировать и лечить травмы головного мозга.

«Мы можем дать наши образцовые повреждения как те, мы видим в ударе или раке мозга, отключая группы виртуальных клеток, чтобы видеть, как функция мозга затронута», сказали ведущий автор Маурицио Корбетта, Мэриленд, профессор Нормана Дж. Стаппа Neurology в Вашингтонской Университетской Медицинской школе в Сент-Луисе. «Мы можем также проверить способы выдвинуть образцы деятельности назад к нормальному».Исследование теперь доступно онлайн в Журнале Нейробиологии.Модель была разработана и проверена учеными из Вашингтонской Университетской Медицинской школы в Сент-Луисе, Universitat Pompeu Fabra в Барселоне, Испания и нескольких других европейских университетах включая Швейцарскую высшую техническую школу Цюриха, Швейцария; Оксфордский университет, Соединенное Королевство; Институт Advanced Biomedical Technologies, Chieti, Италия; и Лозаннский университет, Швейцария.

Ученые сначала признали в конце 1990-х и в начале 2000-х, что мозг остается занятым, даже когда он не занят умственными задачами. Исследователи определили несколько «покоящихся государственных» мозговых сетей, которые являются группами различных отделов головного мозга, у которых есть уровни активности, что взлет и падение в синхронизации, когда мозг в покое. Они также связали разрушения в сетях, связанных с травмой головного мозга и болезнью к познавательным проблемам в памяти, внимании, движении и речи.Новая модель была разработана, чтобы помочь ученым изучить, как анатомическая структура мозга способствует созданию и обслуживанию покоящихся государственных сетей.

Исследователи начали с процесса для моделирования небольших групп нейронов, включая факторы, которые уменьшают или увеличивают вероятность, что группа клеток пошлет сигнал.«В некотором смысле, мы рассматривали небольшие области мозга как познавательные единицы: не как отдельные клетки, но как группы клеток», сказал Густаво Деку, доктор философии, преподаватель и глава Computational Neuroscience Group в Барселоне. «Деятельность этих познавательных единиц отсылает возбудительные сигналы в другие единицы посредством анатомических связей. Это делает связанные единицы, более или менее вероятно, чтобы синхронизировать их сигналы».На основе данных из сканирований головного мозга исследователи собрали 66 познавательных единиц в каждом полушарии и связали их в анатомических образцах, подобных связям, существующим в мозгу.

Ученые настраивают модель так, чтобы отдельные единицы прошли сигнальный процесс наугад низкие частоты, которые ранее наблюдались в клетках головного мозга в культуре и в записях отдыха мозговой деятельности.Затем, исследователи позволяют образцовому пробегу, медленно изменяя сцепление или силу связей между единицами. По определенной стоимости сцепления соединения между единицами, посылающими импульсы скоро, начали создавать скоординированные образцы деятельности.

«Даже при том, что мы начали познавательные единицы со случайных низких уровней активности, связи позволили единицам синхронизировать», сказал Деку. «Пространственный образец синхронизации, которую мы в конечном счете наблюдали, приближается очень хорошо – приблизительно 70 процентов – к образцам, которые мы видим в просмотрах отдыха человеческих мозгов».Используя модель, чтобы моделировать 20 минут деятельности человеческого мозга взял группу мощных компьютеров 26 часов. Но исследователи смогли упростить математику, чтобы позволить управлять моделью на типичном компьютере.

«Эта более простая целая мозговая модель позволяет нам проверять много различных гипотез о том, как структурные связи производят динамику функции мозга в покое и во время задач, и как повреждение головного мозга затрагивает мозговую динамику и познавательную функцию», сказал Корбетта.


Портал хороших новостей