Компютърният модел симулира блянове

Въпреки че всички мечтаят, начинът, по който мозъкът създава блян, е неясен.

Сега учените са създали виртуален модел на мозъка, който мечтае като хората.

Сънуването традиционно се дефинира като краткосрочно откъсване от непосредствената обстановка на човек и включва визионерска фантазия за щастливи, приятни мисли, надежди или амбиции. Често бляновете се появяват, когато човек се отегчава от рутинни задачи.

В новото проучване изследователите създадоха компютърния модел, базиран на динамиката на мозъчните клетки и многото връзки, които тези клетки осъществяват със съседите си и с клетки в други мозъчни региони.

Те се надяват, че моделът ще им помогне да разберат защо определени части от мозъка работят заедно, когато човек мечтае или е психически бездеен. Това от своя страна може един ден да помогне на лекарите по-добре да диагностицират и лекуват мозъчни наранявания.

„Можем да дадем на нашите модели лезии като тези, които наблюдаваме при инсулт или рак на мозъка, като деактивираме групи виртуални клетки, за да видим как се влияе мозъчната функция“, каза старшият автор Маурицио Корбета, доктор по медицина, от Медицинското училище във Вашингтон в Сейнт Луис. „Можем също така да тестваме начини за изтласкване на моделите на дейност обратно към нормалното.“

Изследването вече е достъпно онлайн в Вестник на неврологията.

Учените за първи път признават в края на 90-те и началото на 2000-те, че мозъкът остава зает, дори когато не е ангажиран с умствени задачи.

Изследователите са идентифицирали няколко мозъчни мрежи в „състояние на покой“, които са групи от различни мозъчни региони, които имат нива на активност, които се повишават и падат в синхрон, когато мозъкът е в покой. Те също така свързват прекъсванията в мрежите, свързани с мозъчни наранявания и заболявания, с когнитивни проблеми в паметта, вниманието, движението и речта.

Новият модел е разработен, за да помогне на учените да научат как анатомичната структура на мозъка допринася за създаването и поддържането на мрежи в състояние на покой.

Изследователите започнаха с процес за симулиране на малки групи неврони, включително фактори, които намаляват или увеличават вероятността група клетки да изпратят сигнал.

„В известен смисъл третирахме малките области на мозъка като когнитивни единици: не като отделни клетки, а като групи клетки“, каза съавторът Густаво Деко, д-р.

„Дейността на тези когнитивни единици изпраща възбуждащи сигнали към другите звена чрез анатомични връзки. Това прави свързаните устройства повече или по-малко вероятно да синхронизират своите сигнали. "

Въз основа на данни от сканиране на мозъка, изследователите са събрали 66 когнитивни единици във всяко полукълбо и са ги свързали по анатомични модели, подобни на връзките в мозъка.

Учените са настроили модела така, че отделните единици да са преминали през процеса на сигнализиране на произволни ниски честоти, които преди това са били наблюдавани в мозъчните клетки в културата и в записи на мозъчна активност в покой.

След това изследователите оставят модела да работи, бавно променяйки съединението или силата на връзките между единиците. При определена стойност на свързване, взаимовръзките между единиците, изпращащи импулси, скоро започнаха да създават координирани модели на дейност.

„Въпреки че стартирахме когнитивните единици с произволни ниски нива на активност, връзките позволиха на единиците да се синхронизират“, каза Деко.

"Пространственият модел на синхронизация, който в крайна сметка наблюдавахме, се доближава много добре - около 70 процента - до моделите, които виждаме при сканиране на почиващи човешки мозъци."

Използването на модела за симулиране на 20 минути човешка мозъчна активност отне на група мощни компютри 26 часа. Но изследователите успяха да опростят математиката, за да дадат възможност за стартиране на модела на типичен компютър.

„Този ​​по-опростен модел на цял мозък ни позволява да тестваме редица различни хипотези за това как структурните връзки генерират динамика на мозъчната функция в покой и по време на задачи и как мозъчното увреждане влияе върху мозъчната динамика и когнитивните функции“, каза Корбета.

Източник: Вашингтонски университет в Сейнт Луис