Mô hình máy tính mô phỏng Daydreams

Mặc dù tất cả mọi người đều mơ mộng, nhưng cách thức mà bộ não tạo ra giấc mơ vẫn còn mờ mịt.

Giờ đây, các nhà khoa học đã tạo ra một mô hình ảo của bộ não có thể mơ mộng như con người.

Mơ mộng theo truyền thống được định nghĩa là sự tách rời ngắn hạn khỏi môi trường xung quanh ngay lập tức của một người và bao gồm những tưởng tượng có tầm nhìn xa về những suy nghĩ, hy vọng hoặc tham vọng hạnh phúc và dễ chịu. Thường thì giấc mơ xảy ra khi một người cảm thấy nhàm chán với những công việc thường ngày.

Trong nghiên cứu mới, các nhà nghiên cứu đã tạo ra mô hình máy tính dựa trên động lực học của các tế bào não và nhiều kết nối mà các tế bào này tạo ra với các tế bào lân cận và với các tế bào ở các vùng não khác.

Họ hy vọng mô hình này sẽ giúp họ hiểu được lý do tại sao một số phần nhất định của não lại hoạt động cùng nhau khi một người mơ mộng hoặc tinh thần nhàn rỗi. Điều này một ngày nào đó có thể giúp các bác sĩ chẩn đoán và điều trị chấn thương não tốt hơn.

Tác giả cấp cao Maurizio Corbetta, M.D., thuộc Đại học Y khoa Washington ở St. Louis cho biết: “Chúng tôi có thể đưa ra các tổn thương mô hình của mình như những tổn thương mà chúng ta thấy trong đột quỵ hoặc ung thư não, vô hiệu hóa các nhóm tế bào ảo để xem chức năng não bị ảnh hưởng như thế nào. “Chúng tôi cũng có thể thử nghiệm các cách để đẩy các mô hình hoạt động trở lại bình thường.”

Nghiên cứu hiện có sẵn trực tuyến trong Tạp chí Khoa học Thần kinh.

Các nhà khoa học lần đầu tiên nhận ra vào cuối những năm 1990 và đầu những năm 2000 rằng bộ não vẫn bận rộn ngay cả khi nó không tham gia vào các nhiệm vụ trí óc.

Các nhà nghiên cứu đã xác định được một số mạng lưới não “trạng thái nghỉ ngơi”, là những nhóm các vùng não khác nhau có mức độ hoạt động tăng và giảm đồng bộ khi não nghỉ ngơi. Họ cũng đã liên kết sự gián đoạn trong mạng lưới liên quan đến chấn thương não và bệnh tật với các vấn đề nhận thức trong trí nhớ, sự chú ý, chuyển động và lời nói.

Mô hình mới được phát triển để giúp các nhà khoa học tìm hiểu cách cấu trúc giải phẫu của não đóng góp vào việc tạo ra và duy trì mạng lưới trạng thái nghỉ.

Các nhà nghiên cứu bắt đầu với quy trình mô phỏng các nhóm tế bào thần kinh nhỏ, bao gồm các yếu tố làm giảm hoặc tăng khả năng một nhóm tế bào sẽ gửi tín hiệu.

“Theo một cách nào đó, chúng tôi đã đối xử với các vùng nhỏ của não như các đơn vị nhận thức: không phải như các tế bào riêng lẻ mà là các nhóm tế bào,” đồng tác giả Gustavo Deco, Ph.D.

“Hoạt động của các đơn vị nhận thức này gửi các tín hiệu kích thích đến các đơn vị khác thông qua các kết nối giải phẫu. Điều này làm cho các đơn vị được kết nối ít nhiều có khả năng đồng bộ hóa tín hiệu của chúng ”.

Dựa trên dữ liệu từ các lần quét não, các nhà nghiên cứu đã tập hợp 66 đơn vị nhận thức ở mỗi bán cầu và kết nối chúng với nhau theo các mô hình giải phẫu tương tự như các kết nối hiện có trong não.

Các nhà khoa học đã thiết lập mô hình để các đơn vị riêng lẻ trải qua quá trình truyền tín hiệu ở tần số thấp ngẫu nhiên đã được quan sát thấy trước đó trong các tế bào não trong quá trình nuôi cấy và trong các bản ghi hoạt động não nghỉ ngơi.

Tiếp theo, các nhà nghiên cứu để mô hình chạy, từ từ thay đổi khớp nối hoặc độ bền của kết nối giữa các đơn vị. Tại một giá trị khớp nối cụ thể, các kết nối giữa các đơn vị gửi xung động sớm bắt đầu tạo ra các kiểu hoạt động phối hợp.

Deco nói: “Mặc dù chúng tôi bắt đầu các đơn vị nhận thức với mức độ hoạt động thấp ngẫu nhiên, các kết nối cho phép các đơn vị này đồng bộ hóa.

“Mô hình đồng bộ hóa không gian mà cuối cùng chúng tôi quan sát được xấp xỉ rất tốt - khoảng 70 phần trăm - với các mô hình chúng tôi thấy trong các bản quét não người đang nghỉ ngơi.”

Sử dụng mô hình để mô phỏng 20 phút hoạt động của não người đã mất 26 giờ cho một cụm máy tính mạnh. Nhưng các nhà nghiên cứu đã có thể đơn giản hóa toán học để có thể chạy mô hình trên một máy tính điển hình.

Corbetta cho biết: “Mô hình toàn bộ não đơn giản hơn này cho phép chúng tôi kiểm tra một số giả thuyết khác nhau về cách các kết nối cấu trúc tạo ra động lực của chức năng não khi nghỉ ngơi và trong các nhiệm vụ, và tổn thương não ảnh hưởng như thế nào đến động lực và chức năng nhận thức của não”.

Nguồn: Đại học Washington ở St. Louis