De onderzoekers gereconstrueerde deel van de dop jonge ratten met behulp van een supercomputer.

Om uit te vinden hoe iets werkt, een strategie is om het uit elkaar te halen en zet het weer in elkaar. Voor 10 jaar, een wereldwijd initiatief genaamd Blue Brain Project-gastheer bij de Technische Universiteit van Lausanne -hij geprobeerd om dit digitaal doen met een jeugdafdeling van de hersenen van de rat.



Het project heeft nu een eerste ontwerp van deze reconstructie, die meer dan 31.000 neuronen, 55 lagen van de cellen, en 207 verschillende subtypen van neuronen bevat.

Enorme pogingen zijn gedaan om alle verschillende types van neuronen in de hersenen te bepalen, om de eigenschappen van elektrisch koken meten en om de circuits die ze met elkaar verbinden in kaart. Deze moeizame inspanningen geven ons een kijkje nemen op de stenen en de logica bedrading van de hersenen.

Echter, om een ​​volledige, hoge-resolutie afbeelding van alle functies en de activiteit van neuronen in een regio van de hersenen en gedrag niveau circuit van deze neuronen te krijgen is een grote uitdaging.

Virtual Brain Slice

Henry Markram en collega's namen een technische benadering van deze vraag digitaal reconstrueren van een deel van de neocortex, een hersengebied dat heeft geprofiteerd van een brede omschrijving.

Een kolom van de virtuele hersenen. Credit:. Makram ea / Mobile 2015

Met deze schat aan gegevens, hebben ze een virtuele plak van de hersenen dat de verschillende typen neuronen aanwezig in deze regio en de sleutel die koken gecontroleerd en in het bijzonder vertegenwoordigt gebouwd door het modelleren van de verbinding, met inbegrip van bijna 40 miljoen synapsen en 2000 verbindingen tussen elk type hersencel.

"De reconstructie vereist een groot aantal experimenten," zegt Markram, de EPFL. "Het opent de weg naar de locatie, getallen, en ook de hoeveelheid ionische stromen die door alle 40 miljoen synapsen voorspellen".

Zodra de reconstructie was voltooid, de onderzoekers krachtige supercomputers om het gedrag van neuronen in verschillende omstandigheden te simuleren. Verrassenderwijs vonden de onderzoekers dat enigszins aanpassen van één parameter, het niveau van calciumionen, die grotere modellen van circuit-level activiteiten, die niet kon worden voorspeld op basis van de karakteristieken van individuele neuronen kon produceren.

Bijvoorbeeld, synchrone trage golven van neuronale activiteit, die in de hersenen hebben waargenomen tijdens de slaap, werden geactiveerd in hun simulaties, wat suggereert dat de neurale circuits in staat zijn om over te schakelen op verschillende "staten" die de basis voor belangrijke gedrag kan zijn .

"Een analogie zou een processer computer die kan worden geconfigureerd om zich te concentreren op bepaalde taken," zegt Markram. "De experimenten suggereren het bestaan ​​van een spectrum van staten, dus dit roept nieuwe soorten vragen, zoals 'wat als je vast zit in de verkeerde stand?' '

Bijvoorbeeld Markram suggereert dat de bevindingen van nieuwe manieren om uit te leggen hoe de reactie van strijd of vlucht door de tunnel visie keert adrenocorticotroophormoon en agressie start kunnen openen.

Blue Brain Project onderzoekers van plan om door te gaan verkennen van de computationele theorie state-afhankelijke, de verbetering van het model dat zij hebben gebouwd. Alle resultaten tot nu toe verkregen zijn nu vrij beschikbaar voor de wetenschappelijke gemeenschap om Muller, Ramaswamy en Reimann et al.
Wederopbouw en simulatie van de neocorticale microschakelingen
Cel, dx.doi.org/10.1016/j.cell.2015.09.029