丘脑和丘脑网状核位于哺乳动物大脑的心脏，众所周知，它们在多种功能中起着关键作用，包括将感觉信息传递到皮层以及大脑状态(如睡眠和清醒)之间的转换. 然而，丘脑神经元放电和互连的改变与睡眠期间发生的病理性脑节律和节律性脑电波变化有关，这已在精神分裂症、神经发育障碍、注意力缺陷多动障碍和阿尔茨海默氏病等疾病中观察到。
Blue Brain 开发的新模型首次捕捉到由 600 万个突触连接的 14,000 个神经元的复杂形状和生物物理特性。它可用于探索神经回路的结构和功能复杂性。该模型还复制了跨不同大脑状态的多个独立网络级实验结果，并提供了一种新颖的统一细胞和突触解释，用于清醒和睡眠中的自发和诱发活动。
该研究的主要发现之一是抑制性反弹，一种有助于调节神经细胞活动的过程，在某些频率的清醒期间会增强丘脑反应。该模型还表明，丘脑相互作用会产生纺锤波振荡的特征性增减，即睡眠期间出现的有节奏的脑电波，并且丘脑细胞兴奋性的变化控制着这些纺锤波振荡的频率和发生。
“这与解释不同脑部疾病中是否存在纺锤波特别相关，”第一作者Elisabetta Iavarone 博士强调说。“这种方法产生了丘脑微电路的第一个形态学和生物物理学详细模型，证明了 Blue Brain 为皮质微电路开发的建模策略可以应用于其他大脑区域，”Blue Brain 项目创始人兼主任 Henry Markram 教授补充道。
“计算机模型和模拟可以促进不同来源实验数据的整合和标准化，突出关键缺失的实验，同时提供一种工具来检验假设并探索神经回路的结构和功能复杂性，”Sean 教授解释说。希尔，蓝脑计划的联合主任和克雷比尔神经信息学中心的科学主任。
该研究发表在最新一期Cell Reports的封面论文中，代表着在理解丘脑和丘脑网状核在脑功能和功能障碍中的作用以及 EPFL 蓝脑计划开发的模型方面向前迈出了重要一步现在可供研究人员在他们自己的研究中使用。
“该模型是公开可用的，它提供了一种新工具来解释纺锤体振荡和测试健康和疾病中不同网络状态下丘脑网络功能和功能障碍的假设，”希尔总结道。
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