A számítógépes modell szimulálja az álmokat

Bár mindenki álmodozik, az agy álmodozásának módja homályos volt.

Most a tudósok létrehoztak egy virtuális agymodellt, amely az emberhez hasonlóan ábrándozik.

Az álmodozást hagyományosan rövid távú elszakadásként határozzák meg a közvetlen környezettől, és magában foglalja a boldog, kellemes gondolatok, remények vagy ambíciók látomásos fantáziáját. Az ábrándok gyakran akkor fordulnak elő, amikor az egyén unja a rutinszerű feladatokat.

Az új tanulmányban a kutatók létrehozták a számítógépes modellt az agysejtek dinamikája és azon sok kapcsolat alapján, amelyeket a sejtek a szomszédaikkal és más agyi régiók sejtjeivel létesítenek.

Remélik, hogy a modell segít megérteni, hogy az agy bizonyos részei miért működnek együtt, amikor az ember arról álmodozik, vagy mentálisan tétlen. Ez pedig egy nap segíthet az orvosoknak az agyi sérülések jobb diagnosztizálásában és kezelésében.

"Adhatunk olyan modellelváltozásainkat, mint amelyeket agyvérzésben vagy agyrákban látunk, letiltva a virtuális sejtcsoportokat, hogy lássuk, hogyan befolyásolja az agy működését" - mondta Maurizio Corbetta, MD, a St. Louis-i Washingtoni Egyetem Orvostudományi Karának vezető szerzője. "Kipróbálhatjuk azt is, hogy miként állíthatjuk vissza a tevékenység szokásait a normális szintre."

A tanulmány ma már online elérhető A Journal of Neuroscience.

A tudósok először az 1990-es évek végén és a 2000-es évek elején ismerték fel, hogy az agy akkor is elfoglalt marad, ha nem végez szellemi feladatokat.

A kutatók számos „nyugalmi állapotú” agyhálózatot azonosítottak, amelyek különböző agyi régiók csoportjai, amelyek aktivitási szintje szinkronban emelkedik és csökken, amikor az agy nyugalomban van. Az agyi sérülésekhez és betegségekhez kapcsolódó hálózatok megszakadásait összekapcsolják a memória, a figyelem, a mozgás és a beszéd kognitív problémáival is.

Az új modellt azért fejlesztették ki, hogy a tudósok megismerjék, hogyan járul hozzá az agy anatómiai szerkezete a nyugalmi állapotú hálózatok létrehozásához és fenntartásához.

A kutatók az idegsejtek kis csoportjainak szimulációs folyamatával kezdték, beleértve azokat a tényezőket, amelyek csökkentik vagy növelik annak valószínűségét, hogy egy sejtcsoport jelet küld.

"Bizonyos értelemben úgy gondoltuk az agy kis régióit, mint a kognitív egységeket: nem mint egyedi sejteket, hanem mint sejtcsoportokat" - mondta társszerző Gustavo Deco, Ph.D.

„Ezeknek a kognitív egységeknek az aktivitása anatómiai kapcsolatokon keresztül gerjesztő jeleket küld a többi egységnek. Ezáltal a csatlakoztatott egységek többé-kevésbé valószínű, hogy szinkronizálják a jeleiket. "

Agykutatások adatai alapján a kutatók 66 kognitív egységet állítottak össze minden féltekén, és anatómiai mintákban kapcsolták össze az agyban meglévő kapcsolatokhoz hasonlóan.

A tudósok úgy állították be a modellt, hogy az egyes egységek véletlenszerű alacsony frekvenciákon mentek keresztül a jelzési folyamaton, amelyet korábban a tenyészetben lévő agysejtekben és a nyugalmi agyi aktivitás felvételeiben figyeltek meg.

Ezután a kutatók hagyták futni a modellt, lassan megváltoztatva a kapcsolást vagy az egységek közötti kapcsolatok erősségét. Egy adott kapcsolási értéknél az impulzusokat küldő egységek közötti összekapcsolódások hamarosan összehangolt tevékenységmintákat alkottak.

"Annak ellenére, hogy véletlenszerűen alacsony aktivitási szintekkel indítottuk a kognitív egységeket, a kapcsolatok lehetővé tették az egységek szinkronizálását" - mondta Deco.

"A szinkronizálás térbeli mintázata, amelyet végül megfigyeltünk, nagyon jól - körülbelül 70 százalékkal - közelít ahhoz a mintához, amelyet a pihenő emberi agy pásztázásakor látunk."

A modell felhasználása az emberi agy 20 perces szimulációjára 26 órát vett igénybe egy nagy teljesítményű számítógép. De a kutatók képesek voltak egyszerűsíteni a matematikát, hogy lehetővé tegyék a modell futtatását egy tipikus számítógépen.

"Ez az egyszerűbb teljes agymodell lehetővé teszi számunkra, hogy számos különböző hipotézist teszteljünk arról, hogy a strukturális kapcsolatok miként generálják az agy működésének dinamikáját nyugalmi állapotban és feladatok közben, és hogy az agykárosodás hogyan befolyásolja az agy dinamikáját és a kognitív funkciót" - mondta Corbetta.

Forrás: Washingtoni Egyetem St. Louis-ban