Smegenų ritminės elektrinės veiklos modeliavimas

Stuburo mankšta darbo vietoje (Birželis 2019).

Anonim

Smegenys, tyrinėjantys smegenis, jau seniai domėjosi nervų svyravimais, ritminiu elektriniu aktyvumu, kuris atlieka svarbų vaidmenį perduodant informaciją smegenų nervų grandinėse. Žiurkėms buvo įrodyta, kad smegenų hipokampo regiono svyravimai koduoja informaciją, kuri apibūdina gyvūno padėtį fizinėje erdvėje. Žmonėms nervų svyravimai dažnai tiriami atsižvelgiant į epilepsiją ir įvairias miego sutrikimus, nors lieka klausimų apie jų tikslų funkciją.

Skaičiuojantiems neurologų mokslininkams, kurie tiria, kaip skirtingos smegenų struktūros apdoroja informaciją, vienas įdomių šio veikimo aspektų yra neuronų audinio gebėjimas reaguoti į išorinius dirgiklius su skirtingų tipų svyravimais.

"Šie įvairūs atsakymai yra keletas svarbių neurologijos klausimų", - paaiškino Niujorko Rokfelerio universiteto skaičiavimo neurologas ir buvęs mokslų daktaras Leandro Alonso. "Kaip tas pats nervų audinys daro skirtingus dalykus skirtingu laiku? Kaip informacija keičiama ryšiais ir esmine dinamika nervų grandinėje?"

Bendradarbiaudamas su Wilsono-Cowano modeliu, plačiai naudojamu skaičiavimo neurologijos modeliu, kuriame aprašomas tarpusavyje sujungtų neuronų populiacijų vidutinis aktyvumas, "Alonso" sukūrė naują matematinį įrankį, kuris padėtų kitiems neurologams ištirti plačią spektrą atsakymų, galimų iš paprastos nervinės grandinės.

Šią savaitę Alonso paaiškina savo išvadas žurnale " Chaos".

"Tai naudinga modeliuojant neurologijos koncepcijas, kad būtų sukurta sistema, kuri duos įvairias elgesio sritis mažiems kontrolės parametrų pokyčiams, nes tai gali padėti suprasti, kaip tas pats nervų audinys rodo skirtingus atsakymus", - sakė Alonso. Tyrimai buvo finansuojami iš Leon Levy fondo.

Alonso modelis remiasi matematine koncepcija, vadinama "netiesine generatoriumi". Kai osciliatoriai yra tokie, kad pakartotinio svyravimo būklė yra linijinė, osciliatorius reaguoja į išorinį įvestį, atspindėdamas jo ritmą ar dažnį. Priešingai, su netiesiniais osciliatoriais variklio atsako dažnis skiriasi nuo įvesties dažnio. Skirtumai dažnai gali būti stebimi ir reakcijos svyravimų forma.

Nors netiesinės virpėjimai nėra būdingi neurologijai, Alonso buvo maloniai nustebintas, kaip jis integruotas su Wilson-Cowan modeliu, kad būtų galima sužinoti, kaip neuronai gali būti prijungti, kad jie sukeltų įvairų svyravimų diapazoną.

"Kai pastebite smegenų svyravimų reiškinių sudėtingumą, atrodo pagrįsta manyti, kad tai gali būti paaiškinta tokia pat sudėtinga sistema, kuri yra šių svyravimų pagrindas", - sakė Alonso. "Nesvarbu, ar tai yra, ar ne, įdomu tai, kad paprasta grandinė su tik dviem tarpusavyje sujungtų neuronų grupėmis gali sukurti panašų įvairią veiklos repertuarą."

Jo straipsnyje Alonso yra keletas spalvingų "fiksavimo diagramų", kurie vizualiai atspindi įvairias atsakymus, kurie yra įmanomi, nes išorinio stimuliatoriaus parametrai, tokie kaip jo dažnis ir amplitudė, yra subtiliai keičiami.

"Skirtingos spalvos rodo, kaip pasikeitė atsakymo dažnis", - paaiškino Alonso.

Alonso, kuris pirmą kartą pradėjo studijuoti neinorinių netiesinių svyravimų metu mokant Buenos Airių universiteto dinaminių sistemų laboratorijoje, mano, kad jo modelis gali padėti kitiems skaičiavimo neurologams, dirbantiems pagal savo modelius.

"Tikiuosi, kad procedūra bus naudinga norint nustatyti neuronų grandinių parametrus, pvz., Jų jungtis, kad gautas svyravimas paskatintų keletą skirtingų tipų atsakymų", - sakė Alonso. "Taip pat įmanoma, kad platesnės diskusijos apie netiesinius svyravimus galėtų būti naudingos mokslininkams, tiriantiems kitas biologines sistemas, kuriose yra panašių dinaminių atsakymų."

Kitas Alonso tyrimo tikslas - ištirti sistemų, turinčių keletą neuronų grandinių su šiomis savybėmis, savybes.

menu
menu