Preguntas y respuestas: Nuevo modelo neuronal con potencial para abordar la enfermedad de ataxias espinocerebelosas
Crédito: HBP
Dentro del entorno asociado del Proyecto Cerebro Humano, un buque insignia de tecnologías futuras y emergentes, investigadores de la Universidad Politécnica de Milán han desarrollado un modelo neuronal simplificado modelo con potencial para abordar la enfermedad de ataxias espinocerebelosas un caso de éxito de la integración de la comunidad científica del entorno asociado en neurociencia y neurocomputación con el Proyecto Cerebro Humano.
El HBP Partnering Project CerebNEST, en colaboración con el investigador Prof. Egidio D’Angelo (Universidad de Pavia, ItaliaUNIPV), líder de Data-driven Model Reconstruction and Refinement in the HBP Brain Simulation Platform, y su grupo, han publicó un artículo conjunto en «Frontiers in Neuroinformatics». Sus descubrimientos se centran en la validación de un modelo neuronal simplificado para las células del aparato de Golgi del cerebelo. Se han implementado simulaciones de dinámicas de neuronas individuales realistas del cerebelo como resultado de una fuerte sinergia con neurofisiólogos de UNIPV. Este modelo se utilizará para investigar enfermedades relacionadas con trastornos neuronales. Alice Geminiani, autora principal de la publicación e investigadora del proyecto CerebNEST en el NearLab de la Universidad Politécnica de Milán (Italia), explicó al Proyecto SCOPE en qué consiste este nuevo modelo simplificado.
The HBP Brain Simulation Platform (BSP) permite realizar investigaciones que no son posibles experimentalmente. ¿Cómo beneficia sus descubrimientos?
En el artículo, describimos el desarrollo, la optimización y la validación de un modelo neuronal simplificado de la familia Generalized Leaky Integrate and Fire. A pesar de ser un modelo de neuronas puntuales, el que hemos desarrollado es capaz de reproducir patrones de picos realistas dependiendo del estímulo de entrada que reciba; y la carga computacional de las simulaciones no aumenta (como sucede con los modelos detallados de neuronas multicompartimentales). Esto es importante para las simulaciones del circuito del cerebelo, porque se sabe que las neuronas del cerebelo exhiben patrones de picos múltiples y complejos que impactan en la actividad de la red y el aprendizaje. Con el trabajo actual, somos capaces de simular también dinámicas de neuronas individuales realistas.
Para la validación del modelo, se han llevado a cabo simulaciones de actividad de neuronas individuales en colaboración con el BSP. El modelo y las herramientas de optimización/simulación y el código desarrollado en el documento se integrarán en el BSP en los próximos meses, como una herramienta adicional para ser utilizada por la comunidad.
¿Cómo está resolviendo eso? desafío para la neurociencia moderna con esta escala simplificada de modelos neuronales, como se explica en el artículo?
Probamos que es posible resumir las propiedades de una sola neurona, incluidas las oscilaciones y la resonancia, en modelos simplificados sin comprometer la carga computacional de simulaciones. Este es un paso fundamental para los modelos multiescala realistas en los que no solo se bioinspiran las redes y el aprendizaje, sino también las respuestas neuronales. La integración de nuestro modelo de neuronas en redes neuronales de picos que reproducen el microcircuito cerebeloso (que está en curso) permitirá cerrar la brecha entre escalas, desde las neuronas hasta el comportamiento motor. Junto con otros modelos de neuronas simplificados según la aplicación, el presentado en este trabajo podría aplicarse a las simulaciones de otras regiones del cerebro.
¿Qué regiones del cerebro podrías simular con este modelo de neuronas?
Por ejemplo, el hipocampo, o las regiones donde se supone que las neuronas generan oscilaciones, como algunos núcleos en el tronco encefálico. Esto se ve facilitado por el hecho de que se utilizó el simulador NEST para desarrollar y probar el modelo. Extender la dinámica realista de una sola neurona a otras regiones (manteniendo la carga computacional limitada) es fundamental para las simulaciones funcionales a gran escala de todo el cerebro. De hecho, se supone que las propiedades de una sola neurona afectan la comunicación entre las áreas del cerebro y la codificación de señales.
¿Cuál es el impacto en el avance de la lucha contra algunas enfermedades neurológicas?
La posibilidad de simular La dinámica realista de una sola neurona en modelos cerebelosos a gran escala allana el camino hacia un mayor realismo de las simulaciones y la confiabilidad de los resultados de la simulación, con impacto en la capacidad de predicción de los modelos.
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Uso de modelos de rendimiento para simulaciones de tejido cerebral Más información: Alice Geminiani et al. Dinámica compleja en modelos neuronales simplificados: reproducción de la electrorrespuesta de las células de Golgi, fronteras en neuroinformática (2018). DOI: 10.3389/fninf.2018.00088 Proporcionado por CORDIS Cita: Preguntas y respuestas: Nuevo modelo neuronal con potencial para abordar la enfermedad de ataxias espinocerebelosas (15 de junio de 2020) consultado el 31 de agosto de 2022 en https://medicalxpress.com/ news/2020-06-qa-neuronal-potential-tackle-spinocerebellar.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.