Datora modelis simulē sapņus
Lai gan visi sapņo, veids, kā smadzenes rada sapņus, ir bijis neskaidrs.
Tagad zinātnieki ir izveidojuši virtuālu smadzeņu modeli, kas sapņo tāpat kā cilvēki.
Sapņošana tradicionāli tiek definēta kā īstermiņa atdalīšanās no tuvākās apkārtnes, un tā ietver sapņojošu fantāziju par laimīgām, patīkamām domām, cerībām vai ambīcijām. Bieži vien sapņi rodas, kad indivīdam ir garlaicīgi ikdienas uzdevumi.
Jaunajā pētījumā pētnieki izveidoja datoru modeli, pamatojoties uz smadzeņu šūnu dinamiku un daudzajiem savienojumiem, kurus šīs šūnas veido ar saviem kaimiņiem un ar šūnām citos smadzeņu reģionos.
Viņi cer, ka modelis palīdzēs viņiem saprast, kāpēc noteiktas smadzeņu daļas darbojas kopā, kad cilvēks sapņo vai garīgi dīkstāvē. Tas savukārt var kādu dienu palīdzēt ārstiem labāk diagnosticēt un ārstēt smadzeņu traumas.
"Mēs varam dot mūsu modeļa bojājumus, piemēram, tos, kurus mēs redzam insulta vai smadzeņu vēža gadījumā, atspējojot virtuālo šūnu grupas, lai redzētu, kā tiek ietekmēta smadzeņu darbība," sacīja vecākais autors Maurizio Corbetta, MD, Vašingtonas Universitātes Medicīnas skola Sentluisā. "Mēs varam arī pārbaudīt veidus, kā atjaunot darbības modeļus normālos apstākļos."
Pētījums tagad ir pieejams tiešsaistē Journal of Neuroscience.
Zinātnieki pirmo reizi 1990. gadu beigās un 2000. gadu sākumā atzina, ka smadzenes paliek aizņemtas arī tad, ja tās nenodarbojas ar garīgiem uzdevumiem.
Pētnieki ir identificējuši vairākus “miera stāvokļa” smadzeņu tīklus, kas ir dažādu smadzeņu reģionu grupas, kuru aktivitātes līmenis paaugstinās un samazinās sinhronizācijā, kad smadzenes ir miera stāvoklī. Viņi arī saista traucējumus tīklos, kas saistīti ar smadzeņu traumu un slimībām, ar kognitīvām problēmām atmiņā, uzmanībā, kustībā un runā.
Jaunais modelis tika izstrādāts, lai palīdzētu zinātniekiem uzzināt, kā smadzeņu anatomiskā struktūra veicina miera stāvokļa tīklu izveidi un uzturēšanu.
Pētnieki sāka ar nelielu neironu grupu simulācijas procesu, ieskaitot faktorus, kas samazina vai palielina varbūtību, ka šūnu grupa sūtīs signālu.
"Savā ziņā mēs izturējāmies pret maziem smadzeņu reģioniem kā kognitīvās vienības: nevis kā atsevišķas šūnas, bet kā šūnu grupas," teica līdzautors Gustavo Deko, Ph.D.
“Šo kognitīvo vienību darbība ar anatomisku savienojumu starpniecību izsūta ierosmes signālus citām vienībām. Tas padara pievienotās vienības vairāk vai mazāk iespējams sinhronizēt savus signālus. ”
Pamatojoties uz smadzeņu skenēšanas datiem, pētnieki katrā puslodē samontēja 66 kognitīvās vienības un savienoja tās anatomiskos modeļos, kas līdzīgi smadzenēs esošajiem savienojumiem.
Zinātnieki izveidoja modeli tā, lai atsevišķās vienībās notiktu signalizācijas process pēc nejaušām zemām frekvencēm, kas iepriekš bija novērotas smadzeņu šūnās kultūrā un smadzeņu darbības miera ierakstos.
Pēc tam pētnieki ļāva modelim darboties, lēnām mainot savienojumu vai savienojumu stiprumu starp vienībām. Pie īpašas sakabes vērtības starpsavienojumi starp impulsus sūtošajām vienībām drīz sāka radīt saskaņotus darbības modeļus.
"Lai arī kognitīvās vienības sākām ar nejauši zemu aktivitātes līmeni, savienojumi ļāva vienībām sinhronizēt," sacīja Deko.
"Sinhronizācijas telpiskais modelis, ko mēs galu galā novērojām, ļoti labi - aptuveni par 70 procentiem - tuvojas modeļiem, kurus mēs redzam cilvēku atpūsties smadzenēs."
Izmantojot modeli, lai simulētu cilvēka smadzeņu darbības 20 minūtes, jaudīgu datoru kopa prasīja 26 stundas. Bet pētnieki varēja vienkāršot matemātiku, lai būtu iespējams vadīt modeli tipiskā datorā.
"Šis vienkāršākais visu smadzeņu modelis ļauj mums pārbaudīt vairākas dažādas hipotēzes par to, kā strukturālie savienojumi rada smadzeņu darbības dinamiku miera stāvoklī un uzdevumu laikā un kā smadzeņu bojājumi ietekmē smadzeņu dinamiku un kognitīvo funkciju," sacīja Korbeta.
Avots: Vašingtonas universitāte Sentluisā
