Комп’ютерна модель імітує мрії

Хоча всі мріють, спосіб, яким мозок створює мрії, був неясним.

Зараз вчені створили віртуальну модель мозку, яка мріє, як люди.

Мріяння традиційно визначається як короткочасне відсторонення від найближчого оточення і включає фантазію про видіння щасливих, приємних думок, сподівань чи амбіцій. Часто мрії виникають, коли людині нудно виконувати рутинні завдання.

У новому дослідженні дослідники створили комп’ютерну модель, засновану на динаміці клітин мозку та безлічі зв’язків цих клітин із сусідами та клітинами інших областей мозку.

Вони сподіваються, що модель допоможе їм зрозуміти, чому певні частини мозку працюють разом, коли людина мріє або психічно не працює. Це, в свою чергу, може одного дня допомогти лікарям краще діагностувати та лікувати мозкові травми.

"Ми можемо дати нашим модельним ураженням, як ті, що ми спостерігаємо при інсульті або раку мозку, вимкнувши групи віртуальних клітин, щоб побачити, як впливає функція мозку", - сказав старший автор Мауріціо Корбетта, доктор медичних наук, з Медичної школи Вашингтонського університету в Сент-Луїсі. "Ми також можемо перевірити способи повернути звичні риси активності до нормального стану".

Дослідження тепер доступне в Інтернеті на сайті Журнал неврології.

Вчені вперше визнали наприкінці 1990-х та на початку 2000-х років, що мозок залишається зайнятим, навіть коли він не зайнятий розумовими завданнями.

Дослідники виявили кілька мозкових мереж, що перебувають у стані спокою, - це групи різних областей мозку, які мають рівень активності, який синхронно підвищується та падає, коли мозок перебуває в стані спокою. Вони також пов’язують зриви в мережах, пов’язані з травмами мозку та захворюваннями, із когнітивними проблемами в пам’яті, увазі, русі та мовленні.

Нова модель була розроблена, щоб допомогти вченим дізнатися, як анатомічна структура мозку сприяє створенню та підтримці мереж стану спокою.

Дослідники розпочали процес моделювання невеликих груп нейронів, включаючи фактори, що зменшують або збільшують ймовірність того, що група клітин надішле сигнал.

"У певному сенсі ми розглядали маленькі ділянки мозку як когнітивні одиниці: не як окремі клітини, а як групи клітин", - сказав співавтор Густаво Деко, доктор філософії.

«Діяльність цих когнітивних одиниць посилає збудливі сигнали іншим одиницям через анатомічні зв’язки. Це робить підключені пристрої більш-менш можливими для синхронізації своїх сигналів ".

На основі даних сканування мозку дослідники зібрали 66 когнітивних одиниць у кожній півкулі та зв’язали їх анатомічно, подібними до зв’язків, що є в мозку.

Вчені встановили модель таким чином, щоб окремі одиниці проходили процес передачі сигналів на випадкових низьких частотах, які раніше спостерігали в клітинах мозку в культурі, і в записах активності мозку, що відпочиває.

Далі дослідники пускають модель в дію, повільно змінюючи зв'язок або міцність з'єднань між блоками. При певному значенні зв'язку взаємозв’язки між одиницями, що надсилають імпульси, незабаром почали створювати скоординовані моделі діяльності.

"Незважаючи на те, що ми запустили когнітивні одиниці з випадковим низьким рівнем активності, з'єднання дозволяли одиницям синхронізуватися", - сказав Деко.

"Просторова схема синхронізації, яку ми зрештою спостерігали, дуже добре наближається - близько 70 відсотків - до закономірностей, які ми бачимо при скануванні мозку людини, що відпочиває".

Використання моделі для імітації 20 хвилин людської мозкової діяльності зайняло групу потужних комп’ютерів 26 годин. Але дослідники змогли спростити математику, щоб зробити можливим запуск моделі на типовому комп’ютері.

"Ця простіша модель цілого мозку дозволяє нам перевірити низку різних гіпотез щодо того, як структурні зв'язки породжують динаміку функції мозку в спокої та під час виконання завдань, і як пошкодження мозку впливає на динаміку мозку та когнітивні функції", - сказала Корбетта.

Джерело: Вашингтонський університет у Сент-Луїсі