负责人佩特拉教授Ritter模拟大脑的部分在柏林健康研究所的查利特(波黑)以及神经学和实验神经病学柏林夏洛——夏洛蒂,使用计算机模拟人类大脑。“我们想知道大脑的决策过程是如何工作的,为什么不同的人做出不同的决定,”她说,描述当前项目。
个性化的大脑模型
模拟人脑的机制,里特和她的团队使用数字数据等脑部扫描的磁共振成像(MRI)以及基于理论知识对生物过程的数学模型。这最初的结果在一个“通用”人类大脑模型。科学家然后完善这个模型使用个人数据,从而创建“个性化的大脑模型”。
在目前的研究中,科学家们曾与人类连接体项目的650个参与者的数据,美国倡议,一直在研究2010年9月以来在人类大脑的神经连接。“这是正确的excitation-inhibition平衡的神经元影响决策和或多或少可以让一个人解决问题,”瑞特解释说。她的团队知道参与者在广泛的认知测试中的表现,他们的智商是什么。
人造大脑像生物同行
“我们可以繁殖个体大脑的活动非常有效,”里特说。“我们发现在这个过程中,这些在网上大脑的行为会有所不同从一个另一个,以同样的方式作为生物同行。我们的虚拟化身与智力表现和反应时间的生物类似物。”
有趣的是,“慢”的大脑在人类和模型更同步,即。在与另一个时间。这个更大的同步允许在额叶神经回路暂缓决定超过大脑不那么协调。模型揭示了如何减少时间协调导致决策所需的信息都可以在需要的时候也储存在工作记忆。
收集证据需要时间,导致正确的决定
静息状态功能磁共振成像扫描显示,较慢的解决者有更高的平均功能连通性,或他们的大脑区域之间的时间同步。在个性化的650名参与者的大脑模拟,研究人员可能会决定与降低大脑功能连通性“过早下结论”做出决策,而不是等到上游大脑区域可以完成加工步骤需要解决这个问题。
参与者被要求识别逻辑规则在一系列的模式。这些规则与每个任务变得越来越复杂,因此更难以破译。日常生活角度来说,一个简单的任务将包括在红灯快速制动,而一个艰巨的任务需要有条不紊的工作路线图的最佳途径。模型中,所谓的赢家通吃的竞争发生在不同神经组织参与决定,与神经组织的有力的证据。然而,在复杂的决策的情况下,这样的证据往往不够明确的快速决策,迫使神经组织过早下结论。
“同步,即。大脑功能网络的形成,改变了工作记忆的特性,从而能够“忍受”长时间没有决定,”Michael Schirner解释说,该研究的第一作者和一个科学家在实验室里特的。”在更具挑战性的任务,你必须在工作记忆存储以前的进步当你探索其他解决方案的路径,然后将这些整合到对方。证据的收集特定解决方案有时可能需要更长的时间,但是它也会导致更好的结果。我们能够使用模型来展示excitation-inhibition平衡整个大脑网络的在全球层面影响决策和工作记忆在更细粒度级别的单个神经组。”
发现有趣的治疗计划
里特高兴,结果中观察到的计算机“大脑化身”匹配结果中看到“真正的”健康受试者。毕竟,她的主要兴趣是在帮助病人受神经退行性疾病,如老年痴呆和帕金森病。“在这项研究中使用的模拟技术也有了显著的进步,和可以用来提高个性化在网上规划手术和药物干预治疗脑刺激。例如,医生已经可以用计算机模拟来评估干预或药物可能最适合一个特定的病人和最少的副作用。”
参考装饰:Schirner M, G, Ritter p学习网络结构形状为仿生计算决策。Nat Commun。2023;14 (1):2963。doi:10.1038 / s41467 - 023 - 38626 - y
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