コンピュータモデルは空想をシミュレートする

誰もが白昼夢を見るが、脳が白昼夢を作成する方法は不明瞭でした。

現在、科学者たちは人間のように白昼夢を見る脳の仮想モデルを作成しています。

空想は伝統的に、自分の身の回りの環境からの短期間の別居として定義され、幸せで楽しい思考、希望、または野心の幻想的な幻想が含まれます。多くの場合、空想は、個人が日常的なタスクに飽きているときに発生します。

新しい研究では、研究者たちは脳細胞のダイナミクスと、それらの細胞が隣接細胞や他の脳領域の細胞と行う多くの接続に基づいてコンピューターモデルを作成しました。

彼らはモデルが彼らが空想するか精神的にアイドルであるとき脳の特定の部分が一緒に働く理由を彼らが理解するのを助けることを彼らが望んでいる。これにより、いつかは医師が脳の損傷をより適切に診断して治療できるようになるかもしれません。

セントルイスにあるワシントン大学医学部の上級著者、マウリツィオコルベッタ医学博士は、「脳卒中や脳腫瘍に見られるようなモデル病変を与え、仮想細胞のグループを無効にして脳機能がどのように影響を受けるかを見ることができます」と述べました。 「私たちは、活動のパターンを正常に戻す方法をテストすることもできます。」

研究は現在オンラインで利用可能です 神経科学のジャーナル.

科学者は、1990年代後半と2000年代初頭に、脳が精神的な仕事に従事していないときでも脳は忙しいままであることを最初に認識しました。

研究者たちは、いくつかの「安静状態」の脳ネットワークを特定しました。これは、脳が静止しているときに同期して上下する活動レベルを持つさまざまな脳領域のグループです。彼らはまた、脳の損傷と疾患に関連するネットワークの混乱を、記憶、注意、動き、言語の認知問題に関連付けました。

新しいモデルは、脳の解剖学的構造が安静状態のネットワークの作成と維持にどのように寄与するかを科学者が学習できるように開発されました。

研究者は、細胞のグループが信号を送信する可能性を減少または増加させる要因を含む、ニューロンの小さなグループをシミュレートするプロセスから始めました。

「ある意味で、私たちは脳の小さな領域を認知単位のように扱いました。個々の細胞としてではなく、細胞のグループとして」と、共著者のGustavo Deco博士は述べています。

「これらの認知ユニットの活動は、解剖学的接続を介して他のユニットに興奮信号を送信します。これにより、接続されているユニットが信号を同期する可能性が高まります。」

研究者は脳スキャンからのデータに基づいて、各半球に66の認知単位を組み立て、それらを脳に存在する接続と同様の解剖学的パターンで相互接続しました。

科学者たちは、個々のユニットが培養中の脳細胞と安静時の脳活動の記録で以前に観察されていたランダムな低周波で信号伝達プロセスを通過するようにモデルを設定しました。

次に、研究者はモデルを実行させ、結合、またはユニット間の接続の強さをゆっくりと変化させます。特定の結合値で、インパルスを送信するユニット間の相互接続は、すぐに調整された活動パターンを作成し始めました。

「私たちはランダムに低い活動レベルでコグニティブユニットを開始しましたが、接続によってユニットを同期させることができました」とDeco氏は述べています。

「最終的に観察した同期の空間パターンは、安静時の人間の脳のスキャンで見られるパターンに非常によく似ています（約70％）。」

モデルを使用して20分の人間の脳活動をシミュレートすると、強力なコンピューターのクラスターが26時間かかりました。しかし、研究者たちは数学を単純化して、一般的なコンピューターでモデルを実行できるようにしました。

「このより単純な全脳モデルにより、構造的接続が安静時と作業中に脳機能のダイナミクスをどのように生成するか、および脳損傷が脳ダイナミクスと認知機能にどのように影響するかに関する多くの異なる仮説をテストできます」とCorbettaは述べました。

出典：セントルイスのワシントン大学