建模大脑的能量

EPFL，KAUST和UCL的科学家创建了神经元和Glia之间代谢耦合的第一个计算机模型，这是脑功能的重要特征。确认了先前的实验数据，该模型现在正在整合到Blue Brain Project开发的大脑建模工作中。

大脑以非常有效的方式使用葡萄糖进行能量。但是，鉴于大脑的结构和代谢约束，其实现这种效率的方式是一个谜。关键是在神经元，，，，血管和大脑的其他细胞，神经胶质。ÉcolePolytechniqueFédéraleDeLausanne（EPFL）和阿卜杜拉国王科学技术大学（KAUST）的科学家现在已经开发了这种关系的第一个计算机模型，该模型已成功地匹配了先前的体内实验和该领域的体外数据。该模型发表在PLOS计算生物学，现在正在整合到蓝色大脑项目的详细大脑模型中。

大脑不仅仅是神经元之间传递信息的信息。超过一半的大脑实际上是由神经胶质细胞，支持和隔离神经元，为它们提供能量底物，保护它们免受病原体的侵害，甚至从大脑中清除死去的神经元。实际上，神经胶质细胞，神经元和大脑的血管形成功能单位，即调节大脑能量管理的神经元 - 胶质血管单元（NGV）。

由Pierre Magistretti（EPFL，Kaust）领导的团队，与Renaud Jolivet（伦敦大学学院）合作，现在已经开发了详细的计算机型号这准确地捕捉了这种关系的动态。具体而言，该模型显示了葡萄糖如何在单元的三个元素之间穿梭以产生活化神经元的能量。

Magistretti小组的先前实验表明，葡萄糖从一种称为“星形胶质细胞”的神经胶质细胞流向乳酸形式的神经元。但是，一些理论研究提出，乳酸可以另一种方式 - 从神经元到星形胶质细胞。这对我们对脑能量代谢的理解具有重大影响。

该模型现在已经用定量术语证实，乳酸从星形胶质细胞流向神经元。这也是第一个成功模拟此过程的实际时间框架的模型，这一突破提供了可衡量的神经元和神经胶质细胞如何紧密协调脑能量代谢的图片。

更好地理解神经元与神经胶质之间的代谢关系，还对了解使用功能性脑成像技术（例如fMRI和PET）检测到的信号具有重要意义，例如fMRI和PET，它们监测葡萄糖利用率，血液流量或氧气消耗，并在寄存器中发生神经元活动中发生的变化。

Pierre Magistretti说：“这是神经元 - 血管血管的首次依赖性和多尺度模型，它准确地反映了来自多种细胞类型和生物的实验观察结果。”该模型现在已与精确的大脑集成模型由EPFL的Blue Brain Project开发。“通过添加额外的神经元胶质动力学层，我们可以朝着更准确地建模的实际工作迈出一步脑。”

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