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A nova tecnologia pode explicar o efeito de factores genéticos na estrutura do cérebro, função

Liang Zhan, professor adjunto de elétrico e engenharia informática na escola do Swanson de Pitt da engenharia, recebeu uma concessão de CARREIRA $500.000 do National Science Foundation para desenvolver as ferramentas computacionais que melhoram nossa compreensão do cérebro humano.

Neste projecto, leverage a estrutura modular do cérebro para estudar a genética da imagem lactente de cérebro e para desenvolver ferramentas computacionais novas para iluminar como os factores genéticos impactam a estrutura e a função do cérebro. Os pesquisadores podem usar esta tecnologia para examinar como os genes específicos, ou suas variações, afectam sistemas neurais e os contribuem às desordens do cérebro. Este trabalho podia finalmente avançar os campos da informática, da neurociência, e da ciência biomedicáveis dos dados.

A equipe de Zhan estudará especificamente a doença de Alzheimer - uma circunstância que afecte 5,8 milhão americanos e seja projectada actualmente triplicar quase a 14 milhões de pessoas em 2060.

Não há nenhuma evidência clara para mostrar como a doença de Alzheimer se torna. Os pesquisadores estão desenvolvendo uma variedade de métodos para descobrir os mecanismos atrás do início e da progressão de Alzheimer, mas há uma falta das ferramentas computacionais eficazes para estudar esta doença.”

Liang Zhan, professor adjunto de elétrico e engenharia informática, escola da engenharia, universidade de Swanson de Pittsburgh

Embora este trabalho se centra sobre a doença de Alzheimer, as ferramentas propor podem ser aplicadas à outra pesquisa do cérebro também.

“Os estudos actuais da genética da imagem lactente de cérebro supor um relacionamento linear linear entre genes e características da imagem lactente, mas linearidades são demasiado simplistas e não permitem que os pesquisadores identifiquem testes padrões de nível elevado,” Zhan explicado. “Adicionalmente, a pesquisa de MRI centra-se frequentemente sobre regiões pequenas do cérebro, que reduz a complexidade da imagem lactente para baixo à um-dimensão e rejeita a informação importante na dinâmica do cérebro. Em lugar de, meu grupo centrar-se-á sobre a caracterização de características de mais alto nível da rede do cérebro.”

Conectando os pontos com o connectome humano

Em colaboração com as Universidades de Illinois em Chicago (UIC), acoplará esta concessão de CARREIRA com duas concessões R01 dos institutos de saúde nacionais para investigar mais a função do cérebro em desordens neurológicas.

A função essencial de manutenção do cérebro, tal como a aprendizagem e a memória, exige sinapses passar sinais elétricos e químicos entre os neurônios. A deficiência orgânica Synaptic é uma indicação de muitas desordens neurológicas - incluindo a doença de Alzheimer - e conduz ao hyperexcitation em circuitos neuronal. Contudo, as mudanças da rede neural relativas ao envelhecimento normal fazem difícil para que os pesquisadores distingam alterações doença-específicas das mudanças normais.

Zhan e os colaboradores desenvolverão ferramentas computacionais inovativas para caracterizar testes padrões do hyperexcitation no envelhecimento e na doença de Alzheimer e para validar sua estrutura com modelos longitudinais do rato e dados humanos da iniciativa de Neuroimaging da doença de Alzheimer e do projecto humano de Connectome.

“O cérebro precisa de ter um balanço entre a excitação neural e inibição,” disse Zhan. “A deficiência orgânica synaptic na doença de Alzheimer conduz ao hyperexcitation em circuitos neuronal, e este balanço anormal pode contribuir ao início e à progressão da doença. O indicador do hyperexcitation (HI), definido usando dados multimodal de MRI, sinalizará um desequilíbrio entre a excitação neural e a inibição.”

Adicionando à complexidade desta pesquisa, outras circunstâncias psiquiátricas podem ser contribuinte significativos à diminuição e à progressão cognitivas aceleradas à demência. Zhan colaborará em um outro R01 em UIC para examinar a depressão da tarde-vida e para descobrir seu impacto no neurodegeneration. Aplicarão uma aproximação similar a este estudo e esclarecerão o relacionamento entre a depressão e processos neurodegenerative na vida atrasada.

Um estudo preliminar demonstrou a eficácia do hyperexcitation do grupo.

“Nós combinamos indivíduos cognitiva normais com uma predisposição genética à doença de Alzheimer com um grupo de indivíduos sem uma predisposição genética, com base na idade e no sexo,” disse Zhan. “Os resultados apoiaram a ideia que as mulheres genetically predispor, que são quatro-tempos mais prováveis desenvolver a doença de Alzheimer do que homens, exibiram o hyperexcitation na idade 50, e nosso método era mais sensível em detectar esta diferença.”

O objetivo deste trabalho é acelerar a descoberta de uns biomarkers mais robustos, mais não invasores da imagem lactente da doença de Alzheimer e de outras desordens neurológicas.