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虚拟大脑:患者数据允许研究人员使用详细的研究大脑功能

破译大脑的多种功能和复杂结构的任务要求从不同来源获取大量数据。就像拼图游戏的碎片一样,这些数据需要组装成计算机模拟,让研究人员了解大脑功能所涉及的机制。考虑到这一目标,“虚拟大脑”能够将个体患者的测量结果组合起来,以生成个性化模型。在使用这些数据模拟患者的大脑时,该软件充当“数学显微镜”,允许研究人员重现神经细胞之间的相互作用,这些神经细胞无法在人体中直接测量。这种方法使研究人员可以利用脑信号数据得出产生它们的神经元网络之间相互作用的结论。The Virtual Brain于2012年作为一个开源模拟平台推出,是由Petra Ritter教授(神经学系实验神经学系)领导的国际项目,以及她在多伦多和马赛的两位同事。

来自Ritter博士BrainModes小组的研究人员开发了一种新方法,该方法涉及使用一种EEG耳机来记录大脑从头皮表面可测量的电活动。由此获得的数据随后被集成到个性化计算机模型中,该模型模拟通常仅通过使用大型MRI扫描仪可测量的大脑活动。事实上,这个模型能够计算出大脑活动的六种不同特征。先前对动物的尝试需要侵入性操作但仅产生部分结果。新模型能够详细描述这些过程协同工作以产生特定脑功能的方式,从而证实了在计算机模型中包含EEG数据产生更详细的大脑活动模拟的假设。

“这种新的大脑模拟方法使我们能够将神经系统如何与物理测量结合起来的理论结合起来,并将它们整合到一个既有生理学和解剖学基础的单一综合模型中,”Ritter教授解释道。在许多自然科学中,这种方法已经证明在假设公式和假设检验中都非常有用。然而,使用患者数据来生成个性化模型代表了一种全新的发展,并且有可能揭示大脑在患者和健康受试者中工作方式的个体差异。

下一步将是研究更大的患者群体,希望破译癫痫,中风和痴呆等疾病的机制。Ritter教授总结了她目前的研究成果:“该软件具有直接使患者受益的潜力。目前法国正在进行的一项临床研究正在研究该技术如何帮助改善接受癫痫手术的患者的预后。所涉及的神经外科医生能够优化通过首先使用患者大脑的虚拟版本模拟程序来获得结果。“ 很快,虚拟大脑也可能使更广泛的人群受益。BrainModes应用程序 - 在Charité开发用于智能手机和平板电脑 - 与市售的神经耳机配合使用,使用户能够更好地熟悉自己的大脑。

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