Нейрофизиологи создали реалистичную компьютерную модель нейрона

Нейрофизиологи из США разработали пока самую детальную и реалистичную компьютерную модель нервной клетки, которая позволяет отслеживать все изменения в ее жизнедеятельности при изменениях в условиях окружающей среды или при сдвигах в работе ее генов. Работа опубликована в Cell Report. О результатах во вторник сообщила пресс-служба Медицинского центра Седарс-Синай (CSMC).

"Представьте, что вы хотите понять, как пять десятков генов влияют на жизнь клетки. Для получения этих сведений вам придется провести десятки экспериментов по отключению каждого участка ДНК. Наша компьютерная модель позволяет изучать последствия неограниченного числа подобных генетических модификаций", - сообщил научный сотрудник CSMC Костас Анастасиу, чьи слова приводит пресс-служба центра.

В отличие от полупроводниковых вычислительных машин, нейроны могут одновременно хранить информацию и обрабатывать ее, воспринимая множество разнородных аналоговых сигналов. Нервные клетки способны сложным образом суммировать их, а также менять свою чувствительность к отдельным наборам подобных импульсов, по-разному реагируя на те или другие стимулы.

Эта особенность нервных клеток, как отмечает Анастасиу, осложняет моделирование их поведения и прогнозирование того, как меняется работа нейронов при сдвигах в активности тех или иных генов. Понимание этого крайне важно для раскрытия причин появления многих нейродегенеративных болезней и психических расстройств.

Компьютерная модель нейрона

Американские нейрофизиологи нашли решение для этой проблемы. Они изучили то, как меняется работа клеток коры мозга мышей при сдвигах в активности различных генов и при перемене условий окружающий среды, и использовали собранные данные для создания максимально детальной и реалистичной компьютерной модели нейрона.

Для ее подготовки ученые использовали два набора данных, один из которых содержал информацию о работе генов в большом числе одиночных клеток мозга, а второй был построен на базе наблюдений за выработкой электрических импульсов и замеров физиологических свойств около двух сотен нейронов коры. Анастасиу и его коллеги обработали эти замеры при помощи нейросетей, что позволило им получить целостную картину того, как перемены в работе генов влияют на активность нервных клеток.

Главным плюсом данного подхода, по словам исследователей, является то, что он позволяет контролировать все параметры поведения и жизнедеятельности нервных клеток. Это не оставляет места для различных случайных событий и неожиданных взаимодействий между генами, которые могут исказить результаты опытов на реальных нейронах.

Используя эту компьютерную модель нейрона, Анастасиу и его коллеги сейчас работают над созданием более сложных вычислительных систем, которые будут моделировать процессы, происходящие внутри мозга. Как надеются ученые, эти алгоритмы позволят им раскрыть природу и механизмы развития многих нейрофизиологических заболеваний.