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Des chercheurs créent les modèles informatiques les plus réalistes des cellules cérébrales – Neuroscience News

Sommaire: Les chercheurs affirment avoir créé les modèles informatiques les plus bioréalistes et les plus complexes de cellules cérébrales individuelles.

La source: Cèdres du Sinaï

Les chercheurs de Cedars-Sinai ont créé les modèles informatiques les plus bioréalistes et les plus complexes de cellules cérébrales individuelles, en quantité inégalée.

Leurs recherches, publiées aujourd’hui dans la revue à comité de lecture Rapports de celluledétaille comment ces modèles pourraient un jour répondre à des questions sur les troubles neurologiques – et même sur l’intellect humain – qu’il est impossible d’explorer par le biais d’expériences biologiques.

“Ces modèles capturent la forme, la synchronisation et la vitesse des signaux électriques que les neurones déclenchent afin de communiquer entre eux, ce qui est considéré comme la base de la fonction cérébrale”, a déclaré Costas Anastassiou, Ph.D., chercheur au Département. de neurochirurgie à Cedars-Sinai, et auteur principal de l’étude. “Cela nous permet de reproduire l’activité cérébrale au niveau d’une seule cellule.”

Les modèles sont les premiers à combiner des ensembles de données provenant de différents types d’expériences de laboratoire pour présenter une image complète de l’activité électrique, génétique et biologique de neurones individuels. Les modèles peuvent être utilisés pour tester des théories qui nécessiteraient des dizaines d’expériences à examiner en laboratoire, a déclaré Anastassiou.

“Imaginez que vous vouliez étudier comment 50 gènes différents affectent les processus biologiques d’une cellule”, a déclaré Anastassiou. « Vous auriez besoin de créer une expérience distincte pour « assommer » chaque gène et voir ce qui se passe. Grâce à nos modèles informatiques, nous pourrons modifier les recettes de ces marqueurs génétiques pour autant de gènes que nous le souhaitons et prédire ce qui se passera.

Un autre avantage des modèles est qu’ils permettent aux chercheurs de contrôler complètement les conditions expérimentales. Cela ouvre la possibilité d’établir qu’un paramètre, tel qu’une protéine exprimée par un neurone, provoque un changement dans la cellule ou une maladie, telle que des crises d’épilepsie, a déclaré Anastassiou. En laboratoire, les enquêteurs peuvent souvent montrer un association, mais il est difficile de prouver un cause.

“Dans les expériences de laboratoire, le chercheur ne contrôle pas tout”, a déclaré Anastassiou. « La biologie contrôle beaucoup. Mais dans une simulation informatique, tous les paramètres sont sous le contrôle du créateur. Dans un modèle, je peux changer un paramètre et voir comment il en affecte un autre, ce qui est très difficile à faire dans une expérience biologique.

Pour créer leurs modèles, Anastassiou et son équipe du laboratoire Anastassiou, membres des départements de neurologie et de neurochirurgie, du Board of Governors Regenerative Medicine Institute et du Center for Neural Science and Medicine de Cedars-Sinai, ont utilisé deux ensembles de données différents sur le cortex visuel primaire de la souris, la zone du cerveau qui traite les informations provenant des yeux.

Le premier ensemble de données présentait des images génétiques complètes de dizaines de milliers de cellules individuelles. La seconde a lié les réponses électriques et les caractéristiques physiques de 230 cellules de la même région du cerveau. Les chercheurs ont utilisé l’apprentissage automatique pour intégrer ces deux ensembles de données et créer des modèles bioréalistes de 9 200 neurones uniques et de leur activité électrique.

Les modèles peuvent être utilisés pour tester des théories qui nécessiteraient des dizaines d’expériences à examiner en laboratoire. L’image est dans le domaine public

“Ce travail représente une avancée significative dans le calcul haute performance”, a déclaré Keith L. Black, MD, président du département de neurochirurgie et de la chaire Ruth et Lawrence Harvey en neurosciences à Cedars-Sinai. “Cela donne également aux chercheurs la possibilité de rechercher des relations au sein et entre les types de cellules et de mieux comprendre la fonction des types de cellules dans le cerveau.”

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L’étude a été menée en collaboration avec l’Allen Institute for Brain Science de Seattle, qui a également fourni des données.

« Ce travail dirigé par le Dr Anastassiou cadre bien avec l’engagement de Cedars-Sinai à réunir les mathématiques, les statistiques et l’informatique avec la technologie pour répondre à toutes les questions importantes de la recherche biomédicale et des soins de santé », a déclaré Jason Moore, Ph.D., président du Département de biomédecine computationnelle. “En fin de compte, cette direction informatique nous aidera à comprendre les mystères les plus profonds du cerveau humain.”

Anastassiou et son équipe travaillent ensuite à créer des modèles informatiques de cellules humaines pour étudier la fonction cérébrale et les maladies chez l’homme.

À propos de cette actualité de la recherche en neurosciences

Auteur: Bureau de presse
La source: Cèdres du Sinaï
Contact: Bureau de presse – Cedars Sinaï
Image: L’image est dans le domaine public

Recherche originale : Les conclusions apparaîtront dans Rapports de cellule

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