Rottehjerne Rekonstrueret I En Computer

{h1}

En ny computersimulering har rekonstrueret hjernecellens fyring af en lille sliver af juvenil rottehjerneens neocortex.

Forskere har digitalt genskabt et stykke af en juvenil rotte hjerne - herunder 31.000 hjerneceller, med 207 forskellige typer, med 37 millioner forbindelser.

Den computersimulerede hjernepræstation er en del af Blue Brain Project, hvis formål er at skabe en rottehjerne og til sidst en menneskelig hjerne inde i en computer.

Selv om den nye simulering genskaber en lille smule af rottehjernen, synes resultatet at opfange nogle af neurons grundlæggende opførsel og har endda forudsagt hjernens adfærd, der ikke var fundet før, rapporterede forskerne torsdag den 8. oktober. i tidsskriftet Cell. [Se billeder af Digital Rat Brain]

Indsamling af data

Holdet gennemførte først titusindvis af eksperimenter i levende juvenile rotter, omhyggeligt at katalogisere de typer neuroner og synapser eller hjernecelleforbindelser. Efter at have set fyringen af ​​rottehjernecellerne, hentede forskerne principper, der styrede hvordan hjernecellerne blev arrangeret.

Men disse eksperimenter dækkede kun en lille brøkdel af forbindelserne i denne hjerneområde, kaldet neocortex. For at udfylde resten af ​​billedet brugte teamet et computerprogram til at søge i al den eksisterende litteratur for andre data om, hvordan neuroner i neocortex fungerer.

"Vi kan ikke - og ikke - måle alting", studere forfatter Henry Markram, direktør for Blue Brain Project ved École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) i Schweiz, i en erklæring. "Hjernen er en velordnet struktur, så når du begynder at forstå ordren på mikroskopisk niveau, kan du begynde at forudsige mange af de manglende data."

Beskæring af forbindelser

Derefter skabte holdet en 3D-computermodel af neuroner i et virtuelt volumen ved at bruge regler om, hvordan forskellige neuroner distribueres for at styre deres placering. De skabte forbindelser eller synapser, hvor disse neuroner "rørte", hvilket førte til omkring 600 millioner forbindelser mellem neuroner, sagde studiekompeten Michael Reimann, en neuroinformatikforsker ved EPFL. Derefter anvendte de fem grundlæggende biologiske regler for, hvordan forbindelser danner for at beskære disse forbindelser og efterlader 37 millioner forbindelser.

Derefter integrerede forskerne deres resultater fra eksperimenter og andre forskerhold til at rekonstruere, hvordan disse forbindelser fungerede. Den nye hjerne ser ud til at passe tæt på forbindelsen, der findes i ægte væv studeret under elektronmikroskop.

Simulering af neuroner fyring

Efter alt det var holdet endelig klar til at se den virtuelle hjerneafslutning. Computersimuleringen løste milliarder af ligninger for hver 25 mikrosekunder af neuronaktivitet.

Holdet løb "eksperimenter" på den virtuelle rottehjerne, der efterlignede eksperimenter udført på rigtige rotter.

De digitale neuroner syntes at opføre sig ligesom fysiske neuroner gør i laboratoriet. For eksempel, både i silico og det biologiske hjernevæv viste "triplet" -brændingsmønstre, hvor tre neuroner brænder sammen i en præcis tidsbestemt rækkefølge. Hjernesimuleringen fandt ud af, at disse tripler kun forekom på bestemte tidspunkter.

Det digitale hjernevæv afslørede også "chorist" -neuroner eller hjerneceller, hvis aktivitet er tæt synkroniseret med den for deres nærliggende celler. Andre celler, der hedder "solister", ser ud til at slukke uafhængigt af deres nabolande neuroner. [10 ting du ikke vidste om hjernen]

Nye indsigter

Det digitale rottehjernevæv afslørede også nye fund, der kunne gælde for biologiske systemer. For eksempel skiftede højere calciumniveauer det virtuelle hjernevæv i et søvnagtigt mønster, mens lavere niveauer syntes at vække det digitale hjernevæv.

"Da vi nedsatte calciumniveauerne for at matche dem, der blev fundet i våde dyr og indførte effekten af ​​dette på synapserne, opførte kredsløbet asynkront, som neurale kredsløb i våde dyr," siger forfatteren Eilif Muller, en fysiker ved EPFL, i erklæringen.

Stadig er den nye hjerne simulering bare et første udkast, sagde Markram. For at få en mere grundig repræsentation af hjernen, ville simuleringen skulle omfatte andre typer hjerneceller, såsom glia samt blodkar. Den virtuelle hjerne inkluderer kun direkte kommunikation mellem individuelle hjerneceller, men en mere realistisk simulering vil tage højde for neuromodulation, hvor frie flydende hjernekemikalier afstemmer adfærd af store swaths af neuroner på én gang, siger forskerne.

Følg Tia Ghose på Twitterog Google+. Følge efter WordsSideKick.com @wordssidekick, Facebook & Google+. Originalartikel på WordsSideKick.com.


Video Supplement: .




DA.WordsSideKick.com
All Rights Reserved!
Reproduktion Af Materialer Tilladt Kun Prostanovkoy Aktivt Link Til Webstedet DA.WordsSideKick.com

© 2005–2019 DA.WordsSideKick.com