قد تكون نماذج الكمبيوتر هي الخطوة التالية في فك تشفير الدماغ

16 سبتمبر 2022 – طوال اليوم ، ترسل خلايا دماغك وتستقبل الرسائل من خلال الإشارات الكهربائية والكيميائية. تساعدك هذه الرسائل على القيام بأشياء مثل تحريك عضلاتك واستخدام حواسك – عندما تتذوق طعامك ، أو تشعر بالحرارة من الموقد ، أو تقرأ الكلمات الموجودة في هذه الصفحة.

إذا تمكنا من فهم كيفية إرسال هذه الرسائل واستلامها بشكل أفضل ، فسنكتسب رؤى قوية حول الاتصال بين الدماغ والجسم ونلقي الضوء على ما يحدث عند هذه الاتصالات ليسوا العمل – كما هو الحال مع أمراض الدماغ مثل مرض الزهايمر ومرض باركنسون.

لتحقيق هذه الغاية ، قام علماء الأعصاب في Cedars-Sinai في لوس أنجلوس ببناء نماذج حاسوبية لخلايا دماغية فردية – وهي النماذج الأكثر تعقيدًا حتى الآن ، كما يقولون. استخدام نماذج الحوسبة عالية الأداء والذكاء الاصطناعي أو نماذج الذكاء الاصطناعي كما هو موصوف في المراجعة تقارير الخليةتلتقط شكل وتوقيت وسرعة الإشارات الكهربائية التي تطلقها خلايا الدماغ التي تسمى الخلايا العصبية.

البحث الجديد هو جزء من السعي الذي دام عقودًا بين العلماء لفهم الأعمال الداخلية للدماغ ، ليس فقط من الناحية المعرفية ، ولكن بيولوجيًا ووراثيًا وكهربائيًا.

أشهر الباحثين الأوائل هم آلان لويد هودجكين وأندرو فيلدينغ هكسلي وجون كارو إكليس ، الذين فازوا بجائزة نوبل في الطب عام 1963 لاكتشافاتهم في أغشية الخلايا العصبية.

يقول مؤلف الدراسة كوستاس أناستاسيو ، دكتوراه ، باحث في قسم جراحة الأعصاب في سيدارز سيناي: “اليوم هو وقت فريد من نوعه حيث تتوفر مجموعات بيانات الخلايا العصبية المفردة بكميات كبيرة وللعديد من الخلايا”. “حجم وسرعة اليومتسمح لنا أجهزة الكمبيوتر بالاستكشاف [detailed] آليات على مستوى خلية واحدة – لكل خلية.

كيف يمكنك نمذجة نشاط خلايا الدماغ باستخدام الكمبيوتر؟

اتضح أن النبضات الكهربائية التي تستخدمها الخلايا العصبية للتواصل يمكن إعادة إنتاجها باستخدام كود الكمبيوتر.

يوضح أناستاسيو: “أعدنا إنتاج أشكال موجة الجهد والمسارات الزمنية المميزة لهذه النبضات باستخدام المعادلات الرياضية”. بعد ذلك ، قاموا ببناء نماذج حاسوبية باستخدام مجموعات بيانات من تجارب الفئران.

تقيس هذه التجارب أشياء معينة في الخلايا – مثل حجمها وشكلها وبنيتها ، أو كيفية استجابتها للتغييرات. يجمع كل نموذج خلية كل هذه العناصر ويمكن أن يساعد في الكشف عن كيفية اتصالهم.

يمكن لنماذج الكمبيوتر التوفيق بين عنصرين أساسيين من المعلومات: التركيب الخلوي (اللبنات الأساسية لخلايا الدماغ) والأنماط التي يتم ملاحظتها أثناء نشاط الدماغ. بمساعدة الكمبيوتر ، تصبح الروابط بين مجموعات البيانات واضحة. يقول الباحثون إن هذا يمكن أن يساعد في تمهيد الطريق لاكتشاف ما يجعل الدماغ يتغير بالفعل – وهي خطوة حاسمة في فحص الاضطرابات.

ماذا يمكن أن تخبرنا أجهزة الكمبيوتر عن الدماغ البشري؟

أحد الاستخدامات المثيرة المحتملة لنماذج خلايا الدماغ هو اختبار جميع أنواع النظريات حول اضطرابات الدماغ التي يصعب أو يستحيل تكوينها من خلال التجارب المعملية. علاوة على ذلك ، قد يؤدي العمل إلى رؤى جديدة في الدماغ: مدى تشابه خلايا الدماغ أو اختلافها ، وما الذي يربطها أو يجعلها مختلفة ، وما يعني ذلك عبر مجموعة من الخصائص.

تروي أجهزة الكمبيوتر والرياضيات قصصًا عن الدماغ ، ويقول أناستاسيو بالنسبة له أن السحر يأتي من بساطة النتيجة وثراء تأثيرها.

يقول: “لطالما كنت مفتونًا بمسألة كيفية تمثيل المعادلات الرياضية للخلايا الحية والحسابية والبيولوجية – خاصة بالنسبة للدماغ ، مركز ما يجعلنا بشرًا”.

اترك تعليقاً