Računalniški model simulira sanje
Čeprav vsi sanjarijo, je način, kako možgani ustvarjajo sanjarjenja, nejasen.
Zdaj so znanstveniki ustvarili virtualni model možganov, ki sanja, kot ljudje.
Sanjarjenje je tradicionalno opredeljeno kot kratkotrajna odmaknjenost od neposredne okolice in vključuje vizionarsko domišljijo o srečnih, prijetnih mislih, upanjih ali ambicijah. Pogosto se sanjarjenje zgodi, ko je posameznik dolgčas z rutinskimi nalogami.
V novi študiji so raziskovalci ustvarili računalniški model, ki temelji na dinamiki možganskih celic in številnih povezavah, ki jih te celice vzpostavljajo s svojimi sosedi in s celicami v drugih možganskih regijah.
Upajo, da jim bo model pomagal razumeti, zakaj določeni deli možganov delujejo skupaj, ko oseba sanja ali je v duševnem brezdelju. To pa lahko nekoč pomaga zdravnikom, da bolje diagnosticirajo in zdravijo možganske poškodbe.
"Našemu modelu lahko damo lezije, kakršne vidimo pri možganski kapi ali možganskem raku, in onemogočimo skupine navideznih celic, da vidimo, kako to vpliva na delovanje možganov," je povedal starejši avtor Maurizio Corbetta, MD, z Medicinske fakultete Univerze v Washingtonu v St. "Preizkusimo lahko tudi načine, kako vzorce dejavnosti potisniti nazaj v normalno stanje."
Študija je zdaj na voljo na spletu v Časopis za nevroznanost.
Znanstveniki so prvič prepoznali konec devetdesetih in v začetku dvajsetih let, da so možgani zasedeni tudi takrat, ko se ne ukvarjajo z miselnimi nalogami.
Raziskovalci so ugotovili več možganskih mrež v stanju počitka, ki so skupine različnih možganskih regij, ki imajo stopnjo aktivnosti, ki se sinhronizirano dviguje in pada, ko možgani mirujejo. Motnje v omrežjih, povezane z možganskimi poškodbami in boleznimi, so povezali tudi s kognitivnimi težavami v spominu, pozornosti, gibanju in govoru.
Novi model je bil razvit, da bi znanstvenikom pomagal izvedeti, kako anatomska struktura možganov prispeva k ustvarjanju in vzdrževanju državnih omrežij v mirovanju.
Raziskovalci so začeli s postopkom simulacije majhnih skupin nevronov, vključno z dejavniki, ki zmanjšujejo ali povečujejo verjetnost, da bo skupina celic poslala signal.
"Na nek način smo majhne predele možganov obravnavali kot kognitivne enote: ne kot posamezne celice, temveč kot skupine celic," je povedal soavtor dr. Gustavo Deco.
»Dejavnost teh kognitivnih enot prek anatomskih povezav pošilja vzbujevalne signale drugim enotam. Zaradi tega je bolj verjetno, da bodo povezane enote sinhronizirale svoje signale. "
Na podlagi podatkov skeniranja možganov so raziskovalci na vsaki polobli sestavili 66 kognitivnih enot in jih med seboj povezali v anatomskih vzorcih, podobnih povezavam v možganih.
Znanstveniki so model postavili tako, da so posamezne enote šle skozi signalni postopek z naključnimi nizkimi frekvencami, ki so jih prej opazili v možganskih celicah v kulturi in na posnetkih možganske aktivnosti v mirovanju.
Nato raziskovalci pustijo model delovati, počasi spreminjajo sklopko ali trdnost povezav med enotami. Pri določeni vrednosti spenjanja so medsebojne povezave med enotami, ki pošiljajo impulze, kmalu začele ustvarjati usklajene vzorce dejavnosti.
"Čeprav smo kognitivne enote začeli z naključno nizko stopnjo aktivnosti, so enote enotam omogočile sinhronizacijo," je dejal Deco.
"Prostorski vzorec sinhronizacije, ki smo ga sčasoma opazili, se zelo dobro približuje - približno 70 odstotkov - vzorcem, ki jih vidimo pri skeniranju počivajočih možganov."
Uporaba modela za simulacijo 20 minut človeške možganske aktivnosti je skupini močnih računalnikov vzela 26 ur. Toda raziskovalci so lahko poenostavili matematiko, da so omogočili zagon modela na tipičnem računalniku.
"Ta preprostejši model celotnih možganov nam omogoča, da preizkusimo številne različne hipoteze o tem, kako strukturne povezave ustvarjajo dinamiko delovanja možganov v mirovanju in med nalogami ter kako možganska poškodba vpliva na možgansko dinamiko in kognitivno funkcijo," je dejala Corbetta.
Vir: Univerza Washington v St.
