CRCNS: Collaborative Research: Model-Based Control of Spreading Depression Schiff, Steven J. Gluckman, Bruce J. Pennsylvania State University, Hershey, PA, Spojené státy

Tato aplikace CRCNS pochází z práce provedené v současném grantu DAAD (Deutscher Akademischer Austausch Dienst, německá akademická výměnná služba) mezi Technickou univerzitou v Berlíně a Penn State University s názvem: „““““““““ zpětná vazba kontrola šíření depolarizací v nervových systémech: Teorie a experimenty“““““““““. Návrh tohoto návrhu CRCNS, a všechny předběžné údaje, byly generovány v průběhu německé fakulty a doktorandů přicházejících na Penn State University, a synergické společné úsilí o stanovení proveditelnosti kontroly zpětné vazby šíření deprese. Šíření deprese (SD) je dramatická depolarizace mozku, která se šíří pomalu a je fyziologickým základem počáteční aury u migrén. Představuje se následující hypotéza: SD může být reprezentován ve výpočetních modelech základní neuronální biofyziky,a proto může být řízen pomocí modelových řídicích strategií. Projekt začíná vývojem experimentálního přípravku pomocí tangenciálního 2-dimenzionálního vizuálního mozkového řezu hlodavců kůry. SD se spouští perturbací perfuzátu draselného a SD se zobrazuje pomocí citlivé CCD kamery, která detekuje vnitřní optický zobrazovací signál spojený s indexem refrakčních změn z buněčného otoku. Používá se modelová strategie podobná strategii používané v autonomní robotice, jako jsou autolandery draku. Hardwarový a softwarový řídicí systém bere optický obraz v reálném čase, spojuje jej s modelem SD, rekonstruuje základní fyziologické procesy, vypočítává potřebné řízení a moduluje elektrické pole pro modulaci SD. Jako pozorovací a kontrolní modely budou použity jak biofyzikálně přesné modely neuronálních kompartmentů a iontových toků, tak snížené modely, které odrážejí dynamiku šíření vln. Intelektuální zásluhy: Toto bude první experimentální demonstrace řízení neuronální sítě založené na modelu. Podobné inženýrské strategie přinesly revoluci v pokročilé robotice a základy získané fúzí výpočetní neurovědy s řídicím inženýrstvím budou mít rozsáhlé úpravy v jiných oblastech neuronální modulace. Dále to bude první modelová kontrola fyziologického mechanismu, který je základem dynamického onemocnění mozku-migrénové aury. Řídicí modely budou dále sloužit jako sondy pro lepší pochopení mechanismů SD. Sestavený tým má značné zkušenosti v řadě oborů potřebných k provedení tohoto projektu: neurofyziologie, experimentální a teoretická fyzika, výpočetní neurověda, teorie řízení a neurální inženýrství. Předběžné práce uvedené v návrhu naznačují, že tento projekt je proveditelný vzhledem k požadovaným zdrojům. Širší dopad: Spojení výpočetních neurovědních modelů s moderní modelovou teorií řízení položí základy transformačního paradigmatu pro pozorování aktivity v mozku, stejně jako přístup k optimálnější technologii pro řízení patologických procesů v mozku. Bude vytvořena transdisciplinární německo-americká vzdělávací spolupráce, kde postgraduální studenti vyškolení (a Pi) budou synergicky spolupracovat na rozhraní mezi výpočetní neurovědou, teorií řízení, experimentální neurofyziologií a inženýrstvím řídicích systémů. Pi mají zkušenosti v oblasti vzdělávání a mentoringu žen a nedostatečně zastoupených menšin, a vynaloží veškeré úsilí, aby takové stážisty hledali pro příležitosti mentoringu tohoto projektu. Jako partnerství pro spolupráci pi předpokládají, že to,co se naučí v řízení SD, může poskytnout soubor testovatelných strategií pro elektrickou kontrolu migrén u lidí, kteří trpí závažnými záchvaty migrény a jsou farmakologicky neřešitelní. Kromě toho na základě tohoto CRCNS bude stejná věda a inženýrství použitelná pro modulaci oscilačních vln a rytmů v systémech in vitro (např. Plánují široce šířit algoritmy a návrh hardwaru vyvinuté tak, jak je popsáno v plánu správy dat.

Relevance pro veřejné zdraví

toto bude první experimentální demonstrace řízení neuronální sítě založené na modelu. Podobné inženýrské strategie přinesly revoluci v pokročilé robotice a základy získané fúzí výpočetní neurovědy s řídicím inženýrstvím budou mít rozsáhlé úpravy v jiných oblastech neuronální modulace. Dále to bude první modelová kontrola fyziologického mechanismu, který je základem dynamického onemocnění mozku-migrénové aury.

Napsat komentář

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna.