CRCNS: kollaboratív kutatás: a depresszió terjedésének modellalapú ellenőrzése Schiff, Steven J. Gluckman, Bruce J. Pennsylvania Állami Egyetem, Hershey, PA, Egyesült Államok

ez a CRCNS alkalmazás a Berlini Műszaki Egyetem és a Penn Állami Egyetem közötti jelenlegi DAAD (Deutscher Akademischer Austausch Dienst, német akadémiai Csereszolgálat) Ösztöndíjban végzett munkából származik: “””””””” visszacsatolás a depolarizációk neurális rendszerekben történő terjedésének ellenőrzése: Elmélet és kísérletek”””””””””. Ennek a CRCNS-javaslatnak a megtervezése és az összes előzetes adat a Penn State Egyetemre érkező német oktatók és doktoranduszok során jött létre, valamint a szinergikus együttműködési erőfeszítések a depresszió terjedésének visszacsatolási ellenőrzésének megvalósíthatóságának megteremtésére. A depresszió terjedése (SD) az agy drámai depolarizációja, amely lassan terjed, és a migrén kezdeti aurájának fiziológiai alapja. A következő hipotézis merül fel: Az SD ábrázolható az alapul szolgáló neuronális biofizika számítási modelljeiben, ezért modellalapú vezérlési stratégiákkal vezérelhető. A projekt egy kísérleti készítmény kifejlesztésével kezdődik, tangenciális 2 dimenziós vizuális kéreg rágcsáló agyszelet felhasználásával. Az SD-t perfúziós kálium-perturbációval indítják el, az SD-t pedig egy érzékeny CCD-kamerával készítik, amely érzékeli a sejtduzzanatból származó törésmutató-változásokhoz kapcsolódó belső optikai képalkotó jelet. Az autonóm robotikában alkalmazotthoz hasonló modellalapú stratégiát alkalmaznak, mint pl repülőgépváz autolanderek alkalmazzák. A hardveres és szoftveres vezérlőrendszer valós időben veszi az optikai képet, egyesíti az SD modelljével, rekonstruálja a mögöttes fiziológiai folyamatokat, kiszámítja a szükséges vezérlést, és modulál egy elektromos mezőt az SD modulálásához. Mind a neuronális rekeszek és az ionáramok biofizikailag pontos modelljei, mind a hullámterjedés dinamikáját tükröző redukált modellek megfigyelő és kontroll modellekként fognak használni. Szellemi érdem: Ez lesz az első kísérleti demonstráció a neuronális hálózat modellalapú vezérléséről. A hasonló mérnöki stratégiák forradalmasították a fejlett robotikát, és a számítógépes idegtudomány és az irányítástechnika fúziójából tanult alapok széles körű adaptációkkal rendelkeznek a neuronális moduláció más területein. Ezenkívül ez lesz az első modellalapú fiziológiai mechanizmus ellenőrzése, amely az agy dinamikus betegségének – a migrén aurának-az alapja. A kontroll modellek tovább szolgálnak próbák az SD mechanizmusainak jobb megértése érdekében. Az összegyűlt csapat jelentős tapasztalattal rendelkezik a projekt végrehajtásához szükséges tudományágak körében: neurofiziológia, kísérleti és elméleti fizika, számítógépes idegtudomány, kontrollelmélet és neurális mérnöki munka. A javaslatban bemutatott előzetes munka azt sugallja, hogy ez a projekt megvalósítható, tekintettel a kért forrásokra. Szélesebb hatás: A számítógépes idegtudományi modellek ötvözése a modern modellalapú kontrollelmélettel megalapozza az agyi aktivitás megfigyelésének transzformációs paradigmáját, valamint hozzáférést biztosít egy optimálisabb technológiához az agy kóros folyamatainak szabályozásához. Transzdiszciplináris német-amerikai oktatási együttműködés alakul ki, ahol a képzett végzős hallgatók (és a PIs) szinergikusan együttműködnek a számítási idegtudomány, a kontrollelmélet, a kísérleti neurofiziológia és a vezérlőrendszer-tervezés közötti interfészen belül. A PI-k nagy tapasztalattal rendelkeznek a nők és az alulreprezentált kisebbségek képzésében és mentorálásában, és mindent megtesznek annak érdekében, hogy ilyen gyakornokokat keressenek a projekt mentori lehetőségeihez. Együttműködési partnerségként a PIs arra számít, hogy az SD ellenőrzése során megtanultak tesztelhető stratégiákat nyújthatnak a migrén elektromos szabályozására olyan embereknél, akik súlyos migrénes rohamokban szenvednek, és farmakológiailag kezelhetetlenek. Ezen túlmenően ezen CRCNS alapján ugyanaz a tudomány és technika alkalmazható az oszcillációs hullámok és ritmusok modulációjára mind in vitro (pl. Schiff et al 2007), mind in vivo (pl. Sunderam et al 2009) rendszerekben. Az Adatkezelési tervben leírtak szerint kidolgozott algoritmusok és hardvertervezés széles körű terjesztését tervezik.

Közegészségügyi relevancia

ez lesz az első kísérleti demonstráció egy neuronális hálózat modellalapú kontrolljáról. A hasonló mérnöki stratégiák forradalmasították a fejlett robotikát, és a számítógépes idegtudomány és az irányítástechnika fúziójából tanult alapok széles körű adaptációkkal rendelkeznek a neuronális moduláció más területein. Ezenkívül ez lesz az első modellalapú fiziológiai mechanizmus ellenőrzése, amely az agy – migrén aurák dinamikus betegségének alapját képezi.

Vélemény, hozzászólás?

Az e-mail-címet nem tesszük közzé.