Kompiuterinis modelis imituoja svajones

Nors visi svajoja, bet smegenys kuria sapnus, buvo neaiškus.

Dabar mokslininkai sukūrė virtualų smegenų modelį, kuris svajoja kaip ir žmonės.

Svajojimas tradiciškai apibrėžiamas kaip trumpalaikis atitrūkimas nuo artimiausios aplinkos ir apima regimą fantaziją apie laimingas, malonias mintis, viltis ar ambicijas. Svajonės dažnai būna tada, kai žmogui nuobodu įprastos užduotys.

Naujame tyrime mokslininkai sukūrė kompiuterinį modelį, pagrįstą smegenų ląstelių dinamika ir daugeliu ryšių, kuriuos šios ląstelės palaiko su savo kaimynais ir su kitų smegenų regionų ląstelėmis.

Jie tikisi, kad modelis padės jiems suprasti, kodėl tam tikros smegenų dalys veikia kartu, kai žmogus sapnuoja ar yra psichiškai neveikiantis. Tai savo ruožtu gali vieną dieną padėti gydytojams geriau diagnozuoti ir gydyti smegenų traumas.

"Mes galime suteikti savo modelio pažeidimus, panašius į tuos, kuriuos matome insulto ar smegenų vėžio metu, išjungdami virtualių ląstelių grupes, kad pamatytume, kaip veikia smegenų funkcija", - sakė vyresnysis autorius Maurizio Corbetta, MD, Vašingtono universiteto medicinos mokyklos Sent Luise. „Mes taip pat galime išbandyti būdus, kaip sugrąžinti veiklos įpročius“.

Tyrimą dabar galima rasti internete Žurnalas „Neuroscience“.

Dešimtojo dešimtmečio pabaigoje ir 2000-ųjų pradžioje mokslininkai pirmą kartą pripažino, kad smegenys būna užsiėmusios net tada, kai jos nedalyvauja psichinėse užduotyse.

Mokslininkai nustatė keletą „ramybės būsenos“ smegenų tinklų - tai skirtingų smegenų regionų grupės, kurių aktyvumo lygis pakyla ir krinta sinchroniškai, kai smegenys ramybės būsenoje. Jie taip pat susiejo sutrikimus tinkluose, susijusiuose su smegenų pažeidimu ir liga, su kognityvinėmis atminties, dėmesio, judesio ir kalbos problemomis.

Naujas modelis buvo sukurtas padėti mokslininkams sužinoti, kaip smegenų anatominė struktūra prisideda prie ramybės būsenos tinklų kūrimo ir palaikymo.

Tyrėjai pradėjo nuo mažų neuronų grupių imitavimo proceso, įskaitant veiksnius, kurie sumažina arba padidina tikimybę, kad ląstelių grupė siunčia signalą.

"Tam tikra prasme mes traktuodavome mažus smegenų regionus kaip kognityvinius vienetus: ne kaip atskiras ląsteles, bet kaip ląstelių grupes", - sakė bendraautorius Gustavo Deco.

„Šių pažintinių vienetų veikla per anatominius ryšius siunčia sužadinimo signalus kitiems vienetams. Tai leidžia daugiau ar mažiau tikimybę, kad prijungti įrenginiai sinchronizuos savo signalus “.

Remdamiesi smegenų tyrimų duomenimis, tyrėjai kiekviename pusrutulyje surinko 66 pažinimo vienetus ir sujungė juos anatominiais modeliais, panašiais į smegenyse esančius ryšius.

Mokslininkai sukūrė modelį taip, kad atskiri vienetai signalizacijos procesą vykdė atsitiktiniais žemais dažniais, kurie anksčiau buvo pastebėti smegenų ląstelėse kultūroje ir ramybės smegenų veikloje.

Tada tyrėjai leido modeliui veikti, lėtai keisdami sujungimą arba jungčių tarp vienetų stiprumą. Esant konkrečiai susiejimo vertei, impulsus siunčiančių vienetų tarpusavio ryšiai netrukus pradėjo kurti suderintus veiklos modelius.

"Nors pažintinius vienetus pradėjome atsitiktinai žemu aktyvumo lygiu, jungtys leido vienetams sinchronizuotis", - sakė Deco.

„Erdvinis sinchronizacijos modelis, kurį galiausiai pastebėjome, labai gerai - maždaug 70 procentų - prilygsta modeliams, kuriuos matome nuskaitytų žmogaus smegenų nuskaitymuose“.

Naudojant modelį 20 minučių žmogaus smegenų veiklai imituoti, galingų kompiuterių grupei prireikė 26 valandų. Tačiau tyrėjai sugebėjo supaprastinti matematiką, kad modelį būtų galima paleisti įprastu kompiuteriu.

"Šis paprastesnis smegenų modelis leidžia mums išbandyti daugybę skirtingų hipotezių, kaip struktūriniai ryšiai sukuria smegenų funkcijos dinamiką ramybės būsenoje ir atliekant užduotis, ir kaip smegenų pažeidimai veikia smegenų dinamiką ir kognityvinę funkciją", - sakė Corbetta.

Šaltinis: Vašingtono universitetas Sent Luise