مدلسازي براي فعاليت‌هاي مغز

تكامل مغز طي ميليون‌ها سال باعث شده كه مغز به شكل شبكه‌ بزرگي از ميليارد‌ها عصب و ارتباط سيناپسي درآيد. درك اين موضوع يكي از مهم‌ترين مسائل پيگيري شده توسط بشر بوده است. اما براي درك چگونگي پردازش اطلاعات در مغز، محققان ابتدا بايد درك اساسي و پايه‌اي نسبت به نرون‌ها (عصب‌ها) داشته باشند و حتي در سطوح جزئي‌تر چگونگي عملكرد پروتئين‌ها در داخل عصب به‌منظور تغيير ولتاژ در عصب را بدانند.

به اين منظور تيمي ‌از محققان علوم مهندسي و زيست‌شناسان عصبي از دانشگاه وين‌برگ و مدرسه مك‌كورميك شروع به كار در اين زمينه كردند. اين دو گروه بيش از 10 سال با يكديگر كار كردند.

عصب‌شناسان آزمايش‌هايي را طراحي كردند كه به كمك مدل‌هاي رايانه‌اي طراحي شده توسط مهندسان، نتايج حاصل از اين آزمايش‌ها بررسي مي‌شد. عصب‌شناسان به مطالعه‌ كانال‌هاي يون عصب‌ها پرداختند. اين كانال‌ها هنگام فعال شدن تغيير شكل داده و به اين ترتيب به سديم اجازه مي‌دادند به عصب وارد شود. اين عمل باعث تغيير ولتاژ عصب شده و در نتيجه عصب برانگيخته مي‌شود و برخي فعاليت‌هاي عصبي زنجيره‌اي شكل مي‌گيرد. قسمت مشكل كار در مدلسازي چنين فعاليت‌هايي زمانبندي اتفاقاتي است كه در چند هزارم ثانيه تا چند ثانيه رخ مي‌دهد.

محققان براي درك بهتر اين موضوع به جاي ساختن يك مدل،100‌مدل مختلف با پارامترهاي متفاوت ساختند. سپس اين مدل‌هاي رايانه‌اي را اجرا كرده و نتايج حاصل از آن را با نتايج آزمايشگاهي مقايسه كردند تا ببينند چقدر با يكديگر مطابقت دارد. سپس مهم‌ترين نتايج به دست آمده را جهت تركيب و ساخت مدل‌هاي اضافي بيشتري به كار بردند.

در نهايت پس از به‌كارگيري تكنيك‌هاي متفاوت، رايانه يك مدل كاملا ساده براي چگونگي عملكرد كانال سديم پيدا كرد كه رفتار كاملا دقيق در مدت زمان بسيار كم را براي محققان ترسيم كرد. مدلسازي اين فرآيندهاي كوچك بسيار مهم است زيرا به دانشمندان كمك مي‌كند جزئيات مهمي ‌درخصوص چگونگي عملكرد مغز بفهمند.