CRCNS :samarbetsforskning: modellbaserad kontroll av Spridningsdepression Schiff, Steven J. Gluckman, Bruce J. Pennsylvania State University, Hershey, PA, Förenta Staterna

denna CRCNS-ansökan härrör från arbete som utförs i ett nuvarande daad (Deutscher Akademischer Austausch Dienst, German Academic Exchange Service) bidrag mellan Technical University of Berlin och Penn State University med titeln: ”””””””” återkopplingskontroll av spridning av depolariseringar i neurala system: Teori och experiment””””””””. Utformningen av detta CRCNS-förslag och alla preliminära uppgifter genererades under tyska fakultets-och doktorander som kom till Penn State University och de synergistiska samarbetsinsatserna för att fastställa genomförbarheten av återkopplingskontroll av spridningsdepression. Spridningsdepression (SD) är en dramatisk depolarisering av hjärnan som sprider sig långsamt och är den fysiologiska grunden för den initiala auraen i migrän. Följande hypotes ställs: SD kan representeras i beräkningsmodeller av den underliggande neuronala biofysiken och kan därför styras med hjälp av modellbaserade styrstrategier. Projektet börjar med att utveckla en experimentell förberedelse med hjälp av en tangentiell 2-dimensionell visuell cortex gnagare hjärnskiva. SD utlöses med en perfusatkaliumstörning, och SD avbildas med hjälp av en känslig CCD-kamera som detekterar den inneboende optiska bildsignalen associerad med index för brytningsförändringar från cellulär svullnad. En modellbaserad strategi som liknar den som används i autonom robotik som airframe autolanders används. Ett hårdvaru-och mjukvarustyrsystem tar den optiska bilden i realtid, säkringar den med en modell av SD, rekonstruerar de underliggande fysiologiska processerna, beräknar nödvändig kontroll och modulerar ett elektriskt fält för att modulera SD. Både biofysiskt noggranna modeller av neuronala fack och jonflöden, och Reducerade modeller som återspeglar dynamiken i vågutbredningen, kommer att användas som observations-och kontrollmodeller. Intellektuell förtjänst: Detta kommer att vara den första experimentella demonstrationen av modellbaserad kontroll av ett neuronalt nätverk. Liknande tekniska strategier har revolutionerat avancerad robotik, och de grundläggande lärda från en fusion av beräkningsneurovetenskap med kontrollteknik kommer att ha omfattande anpassningar inom andra områden av neuronal modulering. Dessutom kommer detta att vara den första modellbaserade kontrollen av en fysiologisk mekanism som ligger till grund för en dynamisk sjukdom i hjärnan-migränauror. Kontrollmodellerna kommer vidare att fungera som sonder för att få ökad förståelse för mekanismerna för SD. Det samlade teamet har en betydande meritlista inom de discipliner som krävs för att genomföra detta projekt: neurofysiologi, experimentell och teoretisk fysik, beräkningsneurovetenskap, kontrollteori och neuralteknik. Det förberedande arbetet som visas i förslaget tyder på att detta projekt är genomförbart med tanke på de begärda resurserna. Bredare inverkan: Sammansmältning av beräkningsneurovetenskapliga modeller med modern modellbaserad kontrollteori kommer att lägga grunden för ett transformationsparadigm för observation av aktivitet i hjärnan, samt tillgång till en mer optimal teknik för kontroll av patologiska processer i hjärnan. Ett tvärvetenskapligt tysk-amerikanskt utbildningssamarbete kommer att bildas där doktoranderna utbildade (och PIs) synergistiskt kommer att arbeta tillsammans inom gränssnittet mellan beräkningsneurovetenskap, kontrollteori, experimentell neurofysiologi och Kontrollsystemteknik. Pi: erna har en meritlista inom utbildning och mentorskap för kvinnor och underrepresenterade minoriteter, och de kommer att göra allt för att söka sådana praktikanter för mentorskapsmöjligheterna för detta projekt. Som ett samarbetspartnerskap förutser PIs att det som lärs vid kontroll av SD kan ge en uppsättning testbara strategier för elektrisk kontroll av migrän hos personer som lider av svåra migränattacker och är farmakologiskt svårbehandlade. Vidare, baserat på denna CRCNS, kommer samma vetenskap och teknik att vara tillämplig på modulering av oscillerande vågor och rytmer i både in vitro (t.ex. Schiff et al 2007) och in vivo (t. ex. Sunderam et al 2009) system. De planerar att sprida de algoritmer och hårdvarudesign som utvecklats enligt beskrivningen i Datahanteringsplanen.

Folkhälsorelevans

detta kommer att vara den första experimentella demonstrationen av modellbaserad kontroll av ett neuronalt nätverk. Liknande tekniska strategier har revolutionerat avancerad robotik, och de grundläggande lärda från en fusion av beräkningsneurovetenskap med kontrollteknik kommer att ha omfattande anpassningar inom andra områden av neuronal modulering. Dessutom kommer detta att vara den första modellbaserade kontrollen av en fysiologisk mekanism som ligger till grund för en dynamisk sjukdom i hjärnan-migrän auror.

Lämna ett svar

Din e-postadress kommer inte publiceras.