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

Ta aplikacja CRCNS pochodzi z pracy wykonanej w ramach aktualnego Grantu DAAD (Deutscher Akademischer Austausch Dienst, German Academic Exchange Service) pomiędzy Uniwersytetem Technicznym w Berlinie i Penn State University pt. „”””””” Kontrola Sprzężenia Zwrotnego rozprzestrzeniania depolaryzacji w systemach neuronowych: Teoria i eksperymenty””””””. Projekt tej propozycji CRCNS i wszystkie wstępne dane zostały wygenerowane w trakcie niemieckich wykładowców i doktorantów przybywających na Penn State University, a synergiczne wspólne wysiłki w celu ustalenia wykonalności kontroli sprzężenia zwrotnego rozprzestrzeniania się depresji. Depresja rozprzestrzeniająca (SD) jest dramatyczną depolaryzacją mózgu, która rozprzestrzenia się powoli i jest fizjologicznym fundamentem początkowej aury w migrenach. Postawiono następującą hipotezę: SD może być reprezentowana w modelach obliczeniowych leżących u podstaw Biofizyki neuronalnej, a zatem może być kontrolowana za pomocą strategii kontroli opartych na modelach. Projekt rozpoczyna się od opracowania eksperymentalnego preparatu wykorzystującego styczny 2-wymiarowy wycinek mózgu gryzonia z kory wzrokowej. SD jest wyzwalany z perturbacją potasową, a SD jest obrazowany za pomocą czułej kamery CCD, która wykrywa wewnętrzny sygnał obrazowania optycznego związany ze zmianami współczynnika załamania od obrzęku komórkowego. Zastosowano strategię opartą na modelach, podobną do tej stosowanej w autonomicznych robotach, takich jak autolandery płatowców. Sprzętowy i programowy system sterowania pobiera obraz optyczny w czasie rzeczywistym, łączy go z modelem SD, rekonstruuje podstawowe procesy fizjologiczne, oblicza potrzebne sterowanie i moduluje pole elektryczne w celu modulowania SD. Zarówno biofizycznie dokładne modele przedziałów neuronalnych i przepływów jonów, jak i zredukowane modele, które odzwierciedlają dynamikę propagacji fali, zostaną wykorzystane jako modele obserwacyjne i kontrolne. Zasługa intelektualna: Będzie to pierwsza eksperymentalna demonstracja modelowej kontroli sieci neuronalnej. Podobne strategie inżynierskie zrewolucjonizowały zaawansowaną robotykę, a podstawy nauczone z fuzji neuronauki obliczeniowej z inżynierią sterowania będą miały szerokie adaptacje w innych obszarach modulacji neuronalnej. Co więcej, będzie to pierwsza oparta na modelu kontrola mechanizmu fizjologicznego, który leży u podstaw dynamicznej choroby mózgu-aury migrenowej. Modele sterowania będą dalej służyć jako sondy, aby uzyskać lepsze zrozumienie mechanizmów SD. Zespół zmontowany ma znaczny dorobek w zakresie dyscyplin wymaganych do przeprowadzenia tego projektu: Neurofizjologia, fizyka eksperymentalna i teoretyczna, neuronauka obliczeniowa, teoria sterowania i inżynieria neuronowa. Wstępne prace przedstawione we wniosku sugerują, że projekt ten jest wykonalny ze względu na wymagane zasoby. Szerszy wpływ: Połączenie obliczeniowych modeli neuronauki z nowoczesną modelową teorią sterowania położy podwaliny pod transformacyjny paradygmat obserwacji aktywności w mózgu, a także dostęp do bardziej optymalnej technologii kontroli procesów patologicznych w mózgu. Transdyscyplinarna niemiecko-amerykańska współpraca edukacyjna zostanie utworzona, gdzie absolwenci przeszkoleni (i PIs) będą synergistycznie współpracować w ramach interfejsu między neuronauki obliczeniowej, teorii sterowania, neurofizjologii eksperymentalnej i inżynierii systemów sterowania. PIs ma doświadczenie w szkoleniu i mentoringu kobiet i mniejszości niedostatecznie reprezentowanych, i dołoży wszelkich starań, aby szukać takich stażystów dla możliwości mentoringu tego projektu. W ramach współpracy PIs przewiduje, że to, czego nauczono się w kontrolowaniu SD, może dostarczyć zestawu sprawdzalnych strategii elektrycznej kontroli migren u osób, które cierpią na ciężkie ataki migreny i są farmakologicznie trudne do opanowania. Ponadto, w oparciu o ten CRCNS, ta sama nauka i inżynieria będą miały zastosowanie do modulacji fal oscylacyjnych i rytmów zarówno w systemach in vitro (np. Schiff et al 2007), jak i In vivo (np. Sunderam et al 2009). Planują szerokie rozpowszechnienie algorytmów i konstrukcji sprzętu opracowanych zgodnie z opisem w Planie Zarządzania Danymi.

znaczenie dla zdrowia publicznego

będzie to pierwsza eksperymentalna demonstracja opartej na modelu kontroli sieci neuronalnej. Podobne strategie inżynierskie zrewolucjonizowały zaawansowaną robotykę, a podstawy nauczone z fuzji neuronauki obliczeniowej z inżynierią sterowania będą miały szerokie adaptacje w innych obszarach modulacji neuronalnej. Co więcej, będzie to pierwsza oparta na modelu Kontrola fizjologicznego mechanizmu leżącego u podstaw dynamicznej choroby mózgu-aury migrenowej.

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany.