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La représentation à haute résolution, modélisation de l'ordinateur 3D indiquent la nature de fractale des neurones

Représentation à haute résolution et ordinateur 3D modélisant l'exposition que les dendrites des neurones tissent par l'espace d'une manière dont équilibre leur besoin de brancher à d'autres neurones aux coûts de faire ainsi.

La découverte, rapportée dans des états scientifiques de nature 27 janvier, apparu comme chercheurs a recherché à comprendre la nature de fractale des neurones en tant qu'élément d'une université du projet de l'Orégon pour concevoir les électrodes en forme de fractale pour brancher aux neurones rétiniens à la perte de vision d'adresse due aux rétinopathies.

Le défi dans notre recherche avait compris comment les neurones que nous voulons viser dans la rétine brancheront à nos électrodes. Essentiellement, nous devons duper les neurones dans penser que l'électrode est un autre neurone en effectuant les deux ont le même caractère de fractale. »

Richard Taylor, professeur et chef, service de physique, université de l'Orégon

Fonctionnant avec des collaborateurs à l'université d'Auckland et à l'université de Cantorbéry au Nouvelle-Zélande, la microscopie confocale des neurones dans la région hippocampal du cerveau d'un rat a indiqué un effet compliqué des succursales tissant par l'espace aux écailles multiples de taille avant le raccordement à d'autres neurones. Que, Taylor a dit, augmenté la question, pourquoi adoptez une configuration si compliquée ?

Avec l'aide du chercheur post-doctoral Saba Moslehi, étudiants au doctorat Julian H. Smith et Conor Rowland d'UO s'est tourné vers 3D modélisant pour explorer ce qui se produit quand elles ont manipulé les dendrites de plus de 1.600 neurones dans les formes artificielles, les redressant ou les enroulant.

« En déformant leurs succursales et en regardant ce qui se produit, nous pouvions prouver que le tissage de fractale des succursales naturelles équilibre la capacité des neurones de brancher à leurs voisins aux circuits électriques naturels de forme tout en équilibrant la construction et les frais d'exploitation des circuits, » Rowland a dit.

Utilisant une analyse de fractale connue sous le nom de technique de cadre-compte, les chercheurs pouvaient affecter des cotes de fractale, ou des valeurs d, qui mesurent les cotisations relatives des dendrites grossier- et fin-écaillées à la configuration de la fractale d'un neurone. Ces valeurs d, Taylor a dit, sera importante en optimisant les électrodes minuscules de son équipe pour implanter au fond des yeux pour stimuler les neurones rétiniens.

« Nos implants devront faciliter les succursales de tissage des neurones par le choix rigoureux de leurs valeurs d, » a dit Taylor, un membre de l'institut de science des matériaux de l'UO. « À la différence d'établir une piste droite ainsi un pilote peuvent mettre à terre efficacement, nos électrodes devront agir comme une piste de tissage de sorte que les neurones puissent brancher sans changer leur comportement. »

Les fractales de la nature tirent bénéfice de la façon dont elles se développent aux écailles multiples, ont dit Taylor, qui s'est longtemps tourné vers des fractales comme bioinspiration. Tandis que les arbres ont la forme plus-décelée de la fractale être branchée, des points culminants de ce travail, dit-il, comment les neurones sont différents des arbres.

« Alors que le caractère de fractale des arbres provient principalement de la distribution des tailles de succursale, les neurones emploient également la voie que leurs succursales tissent par l'espace pour produire de leur caractère de fractale, » Taylor a dit.

Taylor, un chercheur de Cottrell du Conseil " Recherche " pour l'avancement de la Science, a été accordé à un brevet rapide des États-Unis en 2015 pour non seulement son développement des implants basés sur fractale artificiels liés à la visibilité mais également à tous tels implants qui joignent l'activité de signalisation avec des nerfs pour n'importe quel but chez la biologie animale et humaine.

Taylor et les co-auteurs ont fermé leur papier en soulevant la possibilité que les valeurs d de la mise en réseau neuronale peuvent bénéficier la recherche sur les nombreuses maladies liées au cerveau. Pour la maladie d'Alzheimer, Taylor a dit, les valeurs d pourraient être une mesure pour des déclins de compréhension dans la connectivité entre les neurones.

« Beaucoup de maladies ont comme conséquence la connectivité perdante, et les valeurs d de neurone peuvent être relâchant pendant qu'elles entrent dans une condition pathologique, » lui ont dit.

Source:
Journal reference:

Smith, J. H., et al. (2021) How neurons exploit fractal geometry to optimize their network connectivity. Scientific Reports. doi.org/10.1038/s41598-021-81421-2.