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虛擬大腦去衰老

2022-05-05 17:43

人腦計劃（Human Brain Project，HBP）的研究人員使用全腦虛擬模型來模擬當(dāng)神經(jīng)刺激應(yīng)用于衰老的人類大腦時會發(fā)生什么。

人腦計劃4月26日消息

這些模型為健康大腦在衰老過程中的動態(tài)變化提供了新的見解，而且至關(guān)重要的是，它可以幫助識別治療性神經(jīng)刺激的新靶點和策略。

隨著大腦年齡的增長，它會“重組”自己：它的神經(jīng)動力學(xué)和神經(jīng)元之間的連接發(fā)生了巨大的變化，通常會導(dǎo)致認(rèn)知功能的下降。非侵入性的腦刺激技術(shù)，如應(yīng)用電流或磁場，最近被認(rèn)為是神經(jīng)和退行性疾病的可能治療方法，對比和減輕衰老的自然影響。

然而，對健康人腦的大規(guī)模實驗研究具有明顯的倫理限制。由巴塞羅那龐培法布拉大學(xué)（Pompeu Fabra University）的 Gustavo Deco 教授領(lǐng)導(dǎo)的一組西班牙研究人員在建模和仿真的幫助下克服了這些局限性。

Gustavo Deco 教授

他們的研究發(fā)表在《大腦皮層》（Cerebral Cortex）雜志上，并使用了 620 名健康成年人的靜息態(tài) fMRI 數(shù)據(jù)集，這些數(shù)據(jù)是在之前的研究中收集的，其中 310 人的年齡在 65 歲以上，另 310 人在 65 歲以下。

研究于2022年3月21日發(fā)表在《Cerebral Cortex》（最新影響因子：5．357）雜志上

研究小組尋找了兩組人大腦狀態(tài)的關(guān)鍵差異，并確定了一種類似于所謂的“富人俱樂部”（rich club）區(qū)域的大腦狀態(tài)，這是一個由 12 個相互連接的大腦中樞組成的網(wǎng)絡(luò)。

“富人俱樂部”網(wǎng)絡(luò)（上圖非本文分享研究配圖）

“我們發(fā)現(xiàn)，年齡較大的參與者接觸與大腦“富人俱樂部”組織重疊的大腦狀態(tài)的能力較低。這種狀態(tài)是大腦內(nèi)信息有效傳輸?shù)年P(guān)鍵，”龐培法布拉大學(xué)的 Anira Escrichs 解釋說，她是這項研究的第一作者。

“我們成功地模擬了在全腦計算模型中檢測到的老年組的大腦狀態(tài)。然后，我們在模型的所有大腦區(qū)域應(yīng)用人工刺激，尋找一種方法，誘導(dǎo)一種與年輕參與者觀察到的類似的大腦狀態(tài)。”

該研究的主要作者Gustavo Deco 教授和 Anira Escrichs

研究小組發(fā)現(xiàn)，大腦的一些區(qū)域是迫使老年人向中年過渡的最佳區(qū)域——他們確定了楔前葉（Precuneus），“富人俱樂部”的一個突出區(qū)域，是最佳靶點。

HPB 旗艦項目團(tuán)隊的長期工作對于創(chuàng)建和研究支持大腦狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換的人類大腦計算模型至關(guān)重要。

除了提供關(guān)于大腦如何根據(jù)年齡對外界刺激做出不同反應(yīng)的新信息外，這項研究還可能為新的治療方法奠定基礎(chǔ)。

“我們相信，這些發(fā)現(xiàn)可能對設(shè)計神經(jīng)刺激干預(yù)措施和逆轉(zhuǎn)衰老對大腦功能的影響具有重要意義，” Escrichs 總結(jié)道。

人腦計劃（英語：Human Brain Project，HBP）是一項為期十年的大型科學(xué)研究計劃，在百億億級超級電腦的基礎(chǔ)上，目標(biāo)在于建立一個基于資通訊技術(shù)的協(xié)作性科學(xué)研究基礎(chǔ)建設(shè)，使整個歐洲的研究人員能夠增進(jìn)在神經(jīng)科學(xué)、計算機(jī)技術(shù)及大腦相關(guān)醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的知識。該計劃于2013年10月1日啟動，是歐盟委員會的未來和新興技術(shù)旗艦計劃的一部分，由洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院統(tǒng)籌，主要是由歐盟資助。

參考文獻(xiàn)

Source：Human Brain Project

De－aging the Virtual Brain： Computational Models Used to Identify Key Brain Targets for Stimulation and Counter Brain Aging

Reference：

Escrichs A， Sanz Perl Y， Martínez－Molina N， et al． The effect of external stimulation on functional networks in the aging healthy human brain． Cerebral Cortex． 2022：bhac064． doi： 10．1093／cercor／bhac064

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原文標(biāo)題 : 虛擬大腦去衰老