Δίκτυα νευρώνων στον εγκέφαλο: Από τα δεδομένα MRI & f - MRI σε φαινόμενα συγχρονισμού

Τα τελευταία χρόνια υπάρχει πληθώρα δεδομένων (κυρίως ιατρικών αλλά και ερευνητικών) που ασχολούνται με την απεικόνιση του ανθρώπινου εγκεφάλου. Στην έρευνά μας χρησιμοποιούμε δεδομένα DTI-MRI υψηλής ακρίβειας για την ρεαλιστική απεικόνιση του συστήματος αξόνων που συνδέουν τους νευρώνες του εγκεφάλου και χρησιμεύουν στη διάδοση ηλεκτρικών σημάτων. Δείχνουμε ότι η αρχιτεκτονική των συνδέσεων έχει μορφοκλασματική (fractal) κατανομή και αυτό επιτρέπει την ιεραρχική διάδοση των σημάτων από μία περιοχή του εγκεφάλου στις υπόλοιπες και την διάχυση της πληροφορίας.
 

Προχωρούμε στην μοντελοποίηση συστημάτων νευρώνων ως δίκτυα, των οποίων η αρχιτεκτονική των συνδέσεων έχει μορφοκλασματική κατανομή και όχι απλές τοπικές (local) ή καθολικές (global) συνδέσεις. Για την μοντελοποίηση των νευρώνων θα χρησιμοποιήσουμε τυπικά μοντέλα, όπως το Fitzhugh-Nagumo ή το Leaky Integrate-and-Fire model. Θα συζητήσουμε φαινόμενα διάδοσης σήματος, chimera states (χιμαιρικές καταστάσεις), συγχρονισμού νευρώνων, καταστολή ταλαντώσεων καθώς και την συμβολή της μορφοκλασματικής συνδεσιμότητας στα φαινόμενα αυτά. 

Θα συζητηθούν επίσης προβλήματα/ερωτήματα όπως η αλλαγή της συνδεσιμότητας των νευρώνων και των αντίστοιχων φαινομένων λόγω διαφόρων ασθενειών ή γήρανσης.