Araştırmacılar Beyin Hücrelerinin En Gerçekçi Bilgisayar Modellerini Oluşturuyor

Özet: Araştırmacılar, bireysel beyin hücrelerinin en biyo-gerçekçi ve karmaşık bilgisayar modellerini yarattıklarını söylüyorlar.

Kaynak: Sedirler Sina

Cedars-Sinai araştırmacıları, benzersiz miktarda, bireysel beyin hücrelerinin en biyo-gerçekçi ve karmaşık bilgisayar modellerini yarattılar.

Bugün hakemli dergide yayınlanan araştırmaları Hücre Raporlarıbu modellerin bir gün biyolojik deneylerle keşfedilmesi mümkün olmayan nörolojik bozukluklar ve hatta insan zekası hakkındaki soruları nasıl yanıtlayabileceğini ayrıntılarıyla anlatıyor.

Bölümde araştırma görevlisi olan Costas Anastassiou, “Bu modeller, beyin işlevinin temeli olarak kabul edilen, nöronların birbirleriyle iletişim kurmak için ateşlediği elektrik sinyallerinin şeklini, zamanlamasını ve hızını yakalar” dedi. Cedars-Sinai’deki Nöroşirürji Bölümünden ve çalışmanın kıdemli yazarı. “Bu, beyin aktivitesini tek hücre düzeyinde çoğaltmamıza izin veriyor.”

Modeller, tek nöronların elektriksel, genetik ve biyolojik aktivitesinin tam bir resmini sunmak için farklı laboratuvar deneylerinden veri setlerini birleştiren ilk modellerdir. Anastassiou, modellerin laboratuvarda incelenmesi için düzinelerce deney gerektirecek teorileri test etmek için kullanılabileceğini söyledi.

Anastassiou, “50 farklı genin bir hücrenin biyolojik süreçlerini nasıl etkilediğini araştırmak istediğinizi hayal edin” dedi. “Her geni ‘nakavt etmek’ ve ne olduğunu görmek için ayrı bir deney oluşturmanız gerekir. Hesaplamalı modellerimizle, bu gen belirteçlerinin tariflerini istediğimiz kadar gen için değiştirebilecek ve ne olacağını tahmin edebileceğiz.”

Modellerin bir diğer avantajı, araştırmacıların deneysel koşulları tamamen kontrol etmelerine izin vermesidir. Anastassiou, bu, bir nöron tarafından ifade edilen bir protein gibi bir parametrenin hücrede bir değişikliğe veya epileptik nöbetler gibi bir hastalık durumuna neden olduğunu belirleme olasılığını açar, dedi. Laboratuarda, araştırmacılar genellikle bir bağlantı, ama kanıtlamak zor neden.

Anastassiou, “Laboratuvar deneylerinde araştırmacı her şeyi kontrol etmez” dedi. “Biyoloji çok şeyi kontrol ediyor. Ancak bir hesaplama simülasyonunda, tüm parametreler yaratıcının kontrolü altındadır. Bir modelde, bir parametreyi değiştirebilir ve diğerini nasıl etkilediğini görebilirim, bu biyolojik bir deneyde yapılması çok zor olan bir şey.”

Anastassiou ve ekibi, Nöroloji ve Nöroşirürji Bölümleri, Rejeneratif Tıp Enstitüsü Yönetim Kurulu ve Cedars-Sinai’deki Nöral Bilim ve Tıp Merkezi üyeleri olan Anastassiou Laboratuvarı’ndan Anastassiou ve ekibi, modellerini oluşturmak için iki farklı veri seti kullandılar. fare birincil görsel korteksi, gözlerden gelen bilgileri işleyen beynin alanı.

İlk veri seti, on binlerce tek hücrenin eksiksiz genetik resimlerini sundu. İkincisi, aynı beyin bölgesinden 230 hücrenin elektriksel tepkilerini ve fiziksel özelliklerini ilişkilendirdi. Araştırmacılar, bu iki veri kümesini entegre etmek ve 9.200 tek nöronun biyo-gerçekçi modellerini ve elektriksel aktivitelerini oluşturmak için makine öğrenimini kullandılar.

Cedars-Sinai’de Nöroşirürji Bölümü başkanı ve Ruth ve Lawrence Harvey Nörobilim Başkanı Keith L. Black, “Bu çalışma, yüksek performanslı bilgi işlemde önemli bir ilerlemeyi temsil ediyor” dedi. “Ayrıca, araştırmacılara hücre türleri içinde ve arasındaki ilişkileri araştırma ve beyindeki hücre türlerinin işlevi hakkında daha derin bir anlayış toplama yeteneği verir.”

Çalışma, aynı zamanda veri sağlayan Seattle’daki Allen Beyin Bilimi Enstitüsü ile işbirliği içinde gerçekleştirildi.

“Dr. Anastassiou tarafından yürütülen bu çalışma, Cedars-Sinai’nin biyomedikal araştırma ve sağlık alanındaki tüm önemli soruları ele almak için matematik, istatistik ve bilgisayar bilimi ile teknolojiyi bir araya getirmeye olan bağlılığına çok uyuyor” dedi. Hesaplamalı Biyotıp Anabilim Dalı Başkanı. “Nihayetinde, bu hesaplama yönü, insan beyninin en derin gizemlerini anlamamıza yardımcı olacak.”

Anastassiou ve ekibi, daha sonra, insanlarda beyin fonksiyonlarını ve hastalıklarını incelemek için insan hücrelerinin hesaplamalı modellerini oluşturmak için çalışıyor.

Bu sinirbilim araştırma haberleri hakkında

Yazar: Basın ofisi
Kaynak: Sedirler Sina
İletişim: Basın Ofisi – Cedars Sinai
Resim: Resim kamu malı

Orjinal araştırma: Bulgular şurada görünecek: Hücre Raporları