研究人员创建了最真实的脑细胞计算机模型
西达斯-西奈医学院的研究人员已经建立了个体脑细胞的最逼真、最复杂的计算机模型，数量之多是无可比拟的。他们的研究发表在今天的同行评审期刊上细胞的报道，详细介绍了这些模型如何在未来回答无法通过生物实验探索的有关神经系统紊乱甚至人类智力的问题。
“这些模型捕捉到了神经元为了相互交流而发出的电信号的形状、时间和速度，这被认为是大脑功能的基础，”西达斯-西奈医学院神经外科的研究科学家、该研究的资深作者Costas Anastassiou博士说。“这让我们可以在单细胞水平上复制大脑活动。”
这些模型是第一个结合的数据集通过不同类型的实验室实验来呈现单个神经元的电、遗传和生物活动的完整图景。Anastassiou说，这些模型可以用来测试理论，这些理论需要在实验室进行几十次实验才能检验。
Anastassiou说:“想象一下，你想研究50个不同的基因如何影响一个细胞的生物过程。”“你需要创建一个单独的实验，‘敲除’每个基因，看看会发生什么。有了我们的计算模型，我们将能够改变这些基因标记的配方，只要我们喜欢，并预测将会发生什么。”
这种模型的另一个优点是，它们允许研究人员完全控制实验条件。Anastassiou说，这开启了建立一个参数的可能性，例如神经元表达的蛋白质，导致细胞或疾病状态的变化，如癫痫发作。在实验室里，研究人员经常可以展示协会,但是很难证明导致．
“在实验室实验中，研究人员不能控制一切，”Anastassiou说。“生物学控制着很多东西。但在计算模拟中，所有的参数都在创造者的控制之下。在一个模型我可以改变一个参数，看看它如何影响另一个参数，这在生物实验中是很难做到的。”
为了建立他们的模型，Anastassiou和他来自Anastassiou实验室的团队——神经和神经外科学系、理事会再生医学研究所和Cedars-Sinai神经科学和医学中心的成员——使用了两组关于小鼠初级视觉皮层的不同数据，这是大脑中处理来自眼睛的信息的区域。
第一组数据展示了成千上万个单细胞的完整遗传图像。第二项研究将来自同一个大脑区域的230个细胞的电反应和物理特征联系起来。研究人员使用机器学习来整合这两个数据集，并创建了9200个单个神经元和它们的生物现实模型电活动．
“这项工作代表了高性能计算医学博士Keith L. Black说，他是Cedars-Sinai神经外科系主任和Ruth and Lawrence Harvey神经科学系主任。“它还使研究人员能够搜索细胞类型内部和之间的关系，并对大脑中细胞类型的功能有更深入的了解。”
这项研究是与西雅图的艾伦脑科学研究所合作进行的，该研究所也提供了数据。
“Anastassiou博士领导的这项工作与ceddas - sinai致力于将数学、统计学和计算机科学与技术结合在一起，以解决所有重要的问题非常吻合生物医bob88体育平台登录学研究计算生物医学系主任杰森·摩尔博士说。“最终，这个计算方向将帮助我们理解人类大脑最深层的奥秘。”
Anastassiou和他的团队下一步的工作是创建人类的计算模型细胞研究大脑人类的功能和疾病
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