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La nuova tecnologia può spiegare l'effetto dei fattori genetici sulla struttura del cervello, funzione

Liang Zhan, assistente universitario di elettrico e ingegneria informatica al banco dello Swanson di Pitt di assistenza tecnica, ha ricevuto un premio di CARRIERA $500.000 dal National Science Foundation per sviluppare gli strumenti di calcolo che migliorano la nostra comprensione del cervello umano.

In questo progetto, farà leva la struttura modulare del cervello per studiare la genetica della rappresentazione di cervello e per sviluppare i nuovi strumenti di calcolo per illuminarsi come i fattori genetici urtano la struttura e la funzione del cervello. I ricercatori possono usare questa tecnologia per esaminare come i geni specifici, o le loro varianti, pregiudicano i sistemi neurali e contribuiscono ai disordini del cervello. Questo lavoro ha potuto infine avanzare i campi dell'informatica, della neuroscienza e della scienza biomediche di dati.

Il gruppo di Zhan specificamente studierà il morbo di Alzheimer - una circostanza che corrente pregiudica 5,8 milione Americani ed è aggettata quasi triplicare a 14 milione di persone da ora al 2060.

Non c'è chiara prova per mostrare come il morbo di Alzheimer si sviluppa. I ricercatori stanno mettendo a punto vari metodi per scoprire i meccanismi dietro l'inizio e la progressione di Alzheimer, ma c'è una mancanza di efficaci strumenti di calcolo per studiare questa malattia.„

Liang Zhan, assistente universitario di elettrico e ingegneria informatica, banco di assistenza tecnica, università di Swanson di Pittsburgh

Sebbene questo lavoro metta a fuoco sul morbo di Alzheimer, gli strumenti proposti possono applicarsi all'altra ricerca del cervello pure.

“Gli studi correnti della genetica della rappresentazione di cervello presuppongono una relazione lineare di valore univoco fra i geni e le funzionalità della rappresentazione, ma le linearità è troppo semplicistici e non permette che i ricercatori identifichino i reticoli ad alto livello,„ Zhan spiegato. “Ulteriormente, la ricerca di MRI mette a fuoco spesso sulle piccole regioni del cervello, che riduce la complessità della rappresentazione giù alla un-dimensione ed elimina le informazioni importanti sulla dinamica del cervello. Invece, il mio gruppo metterà a fuoco sulla caratterizzazione delle funzionalità di più alto livello della rete del cervello.„

Connettendo i punti con il connectome umano

In collaborazione con l'università dell'Illinois a Chicago (UIC), coppia questo premio di CARRIERA con due concessioni R01 dagli istituti della sanità nazionali più a fondo per studiare la funzione del cervello nei disordini neurologici.

La funzione essenziale di mantenimento del cervello, quali l'apprendimento e la memoria, richiede le sinapsi di passare i segnali elettrici e chimici fra i neuroni. La disfunzione sinaptica è un marchio di garanzia di molti disordini neurologici - compreso il morbo di Alzheimer - e piombo al hyperexcitation in circuiti di un neurone. Tuttavia, i cambiamenti della rete neurale relativi ad invecchiamento normale lo rendono difficile affinchè i ricercatori distinguano le alterazioni specifiche di malattia dai cambiamenti normali.

Zhan ed i collaboratori svilupperanno gli strumenti di calcolo innovatori per caratterizzare i reticoli di hyperexcitation nell'invecchiamento e nel morbo di Alzheimer e per convalidare la loro struttura con i modelli longitudinali del mouse ed i dati umani dall'iniziativa di Neuroimaging del morbo di Alzheimer e dal progetto umano Connectome.

“Il cervello deve avere un bilanciamento fra l'eccitazione neurale ed inibizione,„ ha detto Zhan. “La disfunzione sinaptica nel morbo di Alzheimer piombo al hyperexcitation in circuiti di un neurone e questo bilanciamento anormale può contribuire all'inizio ed alla progressione di malattia. L'indicatore di hyperexcitation (HI), definito facendo uso dei dati multimodali di MRI, segnalerà uno squilibrio fra l'eccitazione e l'inibizione neurali.„

Aggiungendo alla complessità di questa ricerca, altre circostanze psichiatriche possono essere contributori significativi al declino ed alla progressione conoscitivi accelerati a demenza. Zhan collaborerà su un altro R01 a UIC per esaminare la depressione di tardi-vita e per scoprire il suo impatto sul neurodegeneration. Applicheranno un simile approccio a questo studio e chiariranno la relazione fra la depressione ed i trattamenti neurodegenerative nella vita tarda.

Uno studio preliminare ha dimostrato l'efficacia del hyperexcitation del gruppo.

“Abbiamo abbinato le persone conoscitivo normali con una predisposizione genetica al morbo di Alzheimer con un gruppo di persone senza una predisposizione genetica, in base all'età ed al sesso,„ ha detto Zhan. “I risultati hanno supportato l'idea che le donne geneticamente propense, che sono quattro-tempi più probabili sviluppare il morbo di Alzheimer che gli uomini, hanno esibito il hyperexcitation all'età 50 ed il nostro metodo era più sensibile ad individuare questa differenza.„

Lo scopo di questo lavoro è di accelerare la scoperta dei biomarcatori più robusti e più non invadenti della rappresentazione del morbo di Alzheimer e di altri disordini neurologici.