CRCNS: Collaborative Research: Model-Based Control van het Verspreiden van Depressie Schiff, Steven J. Gluckman, Bruce J. de Pennsylvania State University, Hershey, PA, Verenigde Staten

Dit CRCNS toepassing is afgeleid van de werkzaamheden in een huidige DAAD (Deutscher Akademischer Austausch Dienst, German Academic Exchange Service) Subsidie tussen de Technische Universiteit van Berlijn en de Universiteit van Penn State recht: “”””””””Feedback control van het verspreiden van depolarizations in neurale systemen: Theorie en experimenten””””””””. Het ontwerp van dit CRCNS voorstel, en alle voorlopige gegevens, werden gegenereerd in de loop van de Duitse faculteit en promovendi die naar Penn State University, en de synergetische gezamenlijke inspanningen om de haalbaarheid van feedback controle van het verspreiden van depressie vast te stellen. Het verspreiden van depressie (SD) is een dramatische depolarisatie van hersenen die zich langzaam voortplant en is de fysiologische onderbouwing van de aanvankelijke aura in migraine. De volgende hypothese wordt gesteld: BR kan in computationele modellen van de onderliggende neuronale biofysica worden vertegenwoordigd, en kan daarom worden gecontroleerd gebruikend model-gebaseerde controlestrategieën. Het project begint met het ontwikkelen van een experimentele voorbereiding met behulp van een tangentiële 2-dimensionale visuele cortex knaagdier brain slice. BR wordt teweeggebracht met een perfusaat kaliumverstoring, en BR wordt afgebeeld gebruikend een gevoelige CCD-camera die het intrinsieke optische weergavesignaal met index van brekingsveranderingen van cellulaire zwelling detecteert. Een model-gebaseerde strategie vergelijkbaar met die gebruikt in autonome robotica zoals Casco autolanders wordt gebruikt. Een hardware en software besturingssysteem neemt het optische beeld in real-time, fuseert het met een model van SD, reconstrueert de onderliggende fysiologische processen, berekent de benodigde controle, en moduleert een elektrisch veld om SD te moduleren. Zowel biofysisch nauwkeurige modellen van de neuronale compartimenten en ionenstromen, als gereduceerde modellen die de dynamiek van de golfvoortplanting weerspiegelen, zullen worden gebruikt als observatie-en controlemodellen. Intellectuele verdienste: Dit zal de eerste experimentele demonstratie zijn van model-gebaseerde controle van een neuronaal netwerk. Soortgelijke technische strategieën hebben een revolutie teweeggebracht in geavanceerde robotica, en de fundamenten geleerd van een fusie van computationele neurowetenschappen met regeltechniek zullen brede aanpassingen op andere gebieden van neuronale modulatie hebben. Verder zal dit de eerste model-gebaseerde controle zijn van een fysiologisch mechanisme dat ten grondslag ligt aan een dynamische ziekte van de hersenen – migraine aura ‘ s. De controlemodellen zullen verder dienen als sondes om meer inzicht te krijgen in de mechanismen van SD. Het team heeft een aanzienlijke track record in de verschillende disciplines die nodig zijn om dit project uit te voeren: Neurofysiologie, experimentele en theoretische fysica, computationele neurowetenschappen, control theory en neural engineering. Uit de voorbereidende werkzaamheden in het voorstel blijkt dat dit project haalbaar is gezien de gevraagde middelen. Breder effect: Het fuseren van computationele neurowetenschapsmodellen met moderne modelgebaseerde regeltheorie zal de basis leggen voor een transformationeel paradigma voor de observatie van activiteit in de hersenen, evenals toegang tot een meer optimale technologie voor de controle van pathologische processen in de hersenen. Een transdisciplinaire Duits-Amerikaanse educatieve samenwerking zal worden gevormd waar de afgestudeerde studenten opgeleid (en de PIs) zal synergetisch samenwerken binnen de interface tussen computationele neurowetenschappen, control theory, experimentele neurofysiologie, en control system engineering. De Pi ‘ s hebben een track record op het gebied van opleiding en begeleiding van vrouwen en ondervertegenwoordigde minderheden, en zij zullen alles in het werk stellen om dergelijke stagiairs te zoeken voor de mentormogelijkheden van dit project. Als een collaboratief partnerschap, de Pi ‘ s anticiperen dat wat wordt geleerd in het beheersen van SD kan een reeks testbare strategieën voor elektrische controle van migraine bij mensen die lijden aan ernstige migraine-aanvallen en farmacologisch hardnekkig zijn. Bovendien, op basis van deze CRCNS, zal dezelfde wetenschap en techniek van toepassing zijn op de modulatie van oscillerende golven en ritmes in zowel in vitro (bijvoorbeeld Schiff et al 2007) en in vivo (bijvoorbeeld Sunderam et al 2009) systemen. Ze zijn van plan om de algoritmen en hardware ontwerp ontwikkeld zoals beschreven in het Data Management Plan op grote schaal te verspreiden.

relevantie voor de volksgezondheid

dit zal de eerste experimentele demonstratie zijn van modelgebaseerde controle van een neuronaal netwerk. Soortgelijke technische strategieën hebben een revolutie teweeggebracht in geavanceerde robotica, en de fundamenten geleerd van een fusie van computationele neurowetenschappen met regeltechniek zullen brede aanpassingen op andere gebieden van neuronale modulatie hebben. Bovendien zal dit de eerste model-gebaseerde controle zijn van een fysiologisch mechanisme dat ten grondslag ligt aan een dynamische ziekte van de hersenen – migraine aura ‘ s.

Geef een antwoord

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd.