F.P.报告
洛杉矶:一整天，你的脑细胞都在通过电子和化学信号发送和接收信息。这些信息帮助你做一些事情，比如运动你的肌肉和使用你的感官——当你品尝你的食物，感受从火炉中流出的热量，或阅读这页上的文字。
如果我们能更好地理解这些信息是如何发送和接收的，我们将对大脑和身体之间的联系有更深刻的了解，并揭示当这些联系不起作用时发生了什么——就像阿尔茨海默氏症和帕金森氏症等脑部疾病一样。
为此，洛杉矶Cedars-Sinai的神经科学家们建立了单个脑细胞的计算机模型——他们说，这是迄今为止最复杂的模型。《细胞报告》(Cell Reports)杂志上描述的这些模型利用高性能计算和人工智能(AI)，捕捉了被称为神经元的脑细胞发出的电信号的形状、时间和速度。
这项新研究是科学家们长达数十年的探索的一部分，他们不仅要从认知上了解大脑的内部运作，还要从生物学、遗传学和电学上了解。
早期最著名的研究人员是艾伦·劳埃德·霍奇金、安德鲁·菲尔丁·赫胥黎和约翰·卡鲁·埃克勒斯，他们因发现神经细胞膜而获得1963年诺贝尔医学奖。
“今天是一个独特的时刻，详细的、单个神经元的数据集可以大量地用于许多细胞，”该研究的作者、ceddar - sinai神经外科的研究科学家Costas Anastassiou博士说。“今天计算机的大小和速度使我们能够在单细胞水平上探索(详细的)机制——针对每个细胞。”
如何用电脑模拟脑细胞活动事实证明，神经元用来通信的电脉冲可以通过计算机代码复制。
“我们用数学方程复制了这些脉冲的不同电压波形和时间轨迹，”Anastassiou说。然后，他们利用小鼠实验的数据集建立了计算机模型。
这些实验测量细胞中的某些东西——比如它们的大小、形状和结构，或者它们如何对变化做出反应。每个细胞模型结合了所有这些元素，可以帮助揭示它们是如何连接的。
计算机模型可以调和两个关键信息:细胞组成(脑细胞的组成部分)和大脑活动中观察到的模式。在计算机的帮助下，数据集之间的联系变得清晰起来。研究人员说，这可能有助于为发现导致大脑变化的真正原因铺平道路——这是研究疾病的关键一步。
计算机能告诉我们关于人类大脑的什么?脑细胞模型的一个令人兴奋的潜在用途将是测试各种有关大脑疾病的理论，这些理论很难或不可能通过实验室的实验建立起来。除此之外，这项工作还可以带来关于大脑的新见解:脑细胞有多相似或多不同，是什么连接或使它们不同，以及这在一系列特性中意味着什么。
计算机和数学正在讲述关于大脑的故事，Anastassiou说，对他来说，这种魅力来自于结果的简单性和它们的影响的丰富性。
他说:“我一直着迷于数学方程如何代表生命、计算和生物细胞的问题——尤其是大脑，它是使我们成为人类的中心。”(在线)