Modelul computerului simulează visele de zi

Deși toată lumea visează, modul în care creierul creează visele a fost obscur.

Acum, oamenii de știință au creat un model virtual al creierului care visează ca oamenii.

Dreamdreaming este în mod tradițional definit ca o detașare pe termen scurt de împrejurimile imediate și include fantezie vizionară de gânduri fericite, plăcute, speranțe sau ambiții. Deseori visele cu ochiul apar când un individ se plictisește cu sarcini de rutină.

În noul studiu, cercetătorii au creat modelul computerizat pe baza dinamicii celulelor creierului și a numeroaselor conexiuni pe care aceste celule le fac cu vecinii lor și cu celulele din alte regiuni ale creierului.

Ei speră că modelul îi va ajuta să înțeleagă de ce anumite porțiuni ale creierului funcționează împreună atunci când o persoană visează cu ochii deschiși sau este inactiv mental. La rândul său, acest lucru poate ajuta medicii să diagnosticheze și să trateze mai bine leziunile cerebrale.

„Putem da modelul nostru de leziuni precum cele pe care le vedem în accidentul vascular cerebral sau cancerul cerebral, dezactivând grupuri de celule virtuale pentru a vedea cum este afectată funcția creierului”, a declarat autorul principal Maurizio Corbetta, MD, de la Washington University School of Medicine din St. „De asemenea, putem testa modalități de a împinge tiparele de activitate la normal.”

Studiul este acum disponibil online în Jurnalul de Neuroștiințe.

Oamenii de știință au recunoscut pentru prima dată la sfârșitul anilor 1990 și începutul anilor 2000 că creierul rămâne ocupat chiar și atunci când nu este angajat în sarcini mentale.

Cercetătorii au identificat mai multe rețele cerebrale cu „stare de repaus”, care sunt grupuri de regiuni ale creierului diferite, care au niveluri de activitate care cresc și scad în sincronizare atunci când creierul este în repaus. Ei au legat, de asemenea, întreruperile din rețelele asociate cu leziuni cerebrale și boli de problemele cognitive din memorie, atenție, mișcare și vorbire.

Noul model a fost dezvoltat pentru a ajuta oamenii de știință să învețe cum structura anatomică a creierului contribuie la crearea și întreținerea rețelelor de stare de repaus.

Cercetătorii au început cu un proces de simulare a unor grupuri mici de neuroni, inclusiv factori care scad sau cresc probabilitatea ca un grup de celule să trimită un semnal.

„Într-un fel, am tratat regiuni mici ale creierului ca niște unități cognitive: nu ca celule individuale, ci ca grupuri de celule”, a spus co-autorul Gustavo Deco, Ph.D.

„Activitatea acestor unități cognitive trimite semnale de excitare către celelalte unități prin conexiuni anatomice. Acest lucru face ca unitățile conectate să fie mai mult sau mai puțin susceptibile de a-și sincroniza semnalele. ”

Pe baza datelor din scanările cerebrale, cercetătorii au adunat 66 de unități cognitive în fiecare emisferă și le-au interconectat în modele anatomice similare conexiunilor prezente în creier.

Oamenii de știință au configurat modelul astfel încât unitățile individuale să treacă prin procesul de semnalizare la frecvențe joase aleatorii care au fost observate anterior în celulele creierului în cultură și în înregistrări ale activității creierului în repaus.

Apoi, cercetătorii au lăsat modelul să funcționeze, schimbând încet cuplajul sau puterea conexiunilor dintre unități. La o valoare specifică de cuplare, interconexiunile dintre unitățile care trimit impulsuri au început în curând să creeze modele coordonate de activitate.

"Chiar dacă am început unitățile cognitive cu niveluri aleatorii de activitate scăzută, conexiunile au permis unităților să se sincronizeze", a spus Deco.

„Modelul spațial de sincronizare pe care l-am observat în cele din urmă se apropie foarte bine - aproximativ 70% - de modelele pe care le vedem în scanările creierului uman în repaus.”

Folosirea modelului pentru a simula 20 de minute de activitate a creierului uman a durat 26 de ore un grup de computere puternice. Dar cercetătorii au reușit să simplifice matematica pentru a face posibilă rularea modelului pe un computer tipic.

„Acest model mai simplu al creierului ne permite să testăm o serie de ipoteze diferite cu privire la modul în care conexiunile structurale generează dinamica funcției creierului în repaus și în timpul sarcinilor și modul în care afectarea creierului afectează dinamica creierului și funcția cognitivă”, a spus Corbetta.

Sursa: Universitatea Washington din St. Louis