Računalni model simulira sanjarenja
Iako svi sanjaju, način na koji mozak stvara sanjarenja bio je nejasan.
Sada su znanstvenici stvorili virtualni model mozga koji sanjari poput ljudi.
Sanjarenje se tradicionalno definira kao kratkotrajno odvajanje od nečije neposredne okoline i uključuje vizionarsku maštu o sretnim, ugodnim mislima, nadama ili ambicijama. Često se sanjarenja javljaju kad je pojedincu dosadno s rutinskim zadacima.
U novoj studiji istraživači su stvorili računalni model zasnovan na dinamici moždanih stanica i mnogim vezama koje te stanice uspostavljaju sa svojim susjedima i sa stanicama u drugim regijama mozga.
Nadaju se da će im model pomoći da shvate zašto određeni dijelovi mozga rade zajedno kada osoba sanja ili je mentalno besposlena. To bi, pak, jednog dana moglo pomoći liječnicima da bolje dijagnosticiraju i liječe ozljede mozga.
"Našem modelu možemo dati lezije poput onih koje vidimo kod moždanog udara ili raka mozga, onemogućavajući skupine virtualnih stanica da vide kako to utječe na rad mozga", rekao je stariji autor Maurizio Corbetta, MD, s Medicinskog fakulteta Sveučilišta Washington u St. "Također možemo testirati načine za vraćanje obrazaca aktivnosti u normalu."
Studija je sada dostupna na mreži u Časopis za neuroznanost.
Znanstvenici su prvi put prepoznali krajem 1990-ih i početkom 2000-ih da mozak ostaje zauzet čak i kad nije angažiran u mentalnim zadacima.
Istraživači su identificirali nekoliko moždanih mreža "stanja mirovanja", koje su skupine različitih regija mozga koje imaju razinu aktivnosti koja se sinkronizirano povećava i pada kad mozak miruje. Također su poremećaje u mrežama povezanim s ozljedama mozga i bolestima povezali s kognitivnim problemima u pamćenju, pažnji, pokretu i govoru.
Novi model razvijen je kako bi znanstvenicima pomogao naučiti kako anatomska struktura mozga doprinosi stvaranju i održavanju državnih mreža u mirovanju.
Istraživači su započeli s postupkom simulacije malih skupina neurona, uključujući čimbenike koji smanjuju ili povećavaju vjerojatnost da će skupina stanica poslati signal.
"Na neki smo način tretirali male dijelove mozga poput kognitivnih jedinica: ne kao pojedinačne stanice već kao skupine stanica", rekao je koautor dr. Gustavo Deco.
“Aktivnost ovih kognitivnih jedinica šalje uzbudljive signale ostalim jedinicama kroz anatomske veze. To čini da povezane jedinice imaju veću ili manju vjerojatnost sinkronizacije svojih signala. "
Na temelju podataka pretraga mozga, istraživači su u svakoj hemisferi okupili 66 kognitivnih jedinica i međusobno ih povezali anatomskim obrascima sličnim vezama prisutnim u mozgu.
Znanstvenici su postavili model tako da su pojedine jedinice prolazile kroz proces signalizacije slučajnim niskim frekvencijama koje su prethodno bile primijećene u moždanim stanicama u kulturi i na snimkama moždane aktivnosti u mirovanju.
Dalje, istraživači su pustili model da radi polako mijenjajući spregu ili čvrstoću veza između jedinica. Pri određenoj vrijednosti sprege, međusobne veze između jedinica koje šalju impulse ubrzo su počele stvarati koordinirane obrasce aktivnosti.
"Iako smo kognitivne jedinice pokrenuli sa slučajnim niskim razinama aktivnosti, veze su jedinicama omogućile sinkronizaciju", rekao je Deco.
"Prostorni uzorak sinkronizacije koji smo na kraju primijetili približava se vrlo dobro - oko 70 posto - obrascima koje vidimo u snimkama odmora ljudskog mozga."
Korištenje modela za simulaciju 20 minuta ljudske moždane aktivnosti skupu moćnih računala trebalo je 26 sati. No istraživači su uspjeli pojednostaviti matematiku kako bi omogućili pokretanje modela na tipičnom računalu.
"Ovaj jednostavniji model cijelog mozga omogućuje nam testiranje niza različitih hipoteza o tome kako strukturne veze generiraju dinamiku funkcije mozga u mirovanju i tijekom zadataka te kako oštećenje mozga utječe na dinamiku mozga i kognitivne funkcije", rekao je Corbetta.
Izvor: Sveučilište Washington u St. Louisu
