Μοντελοποίηση της δομής και της λειτουργίας του δικτύου νευρώνων στον εγκέφαλο

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. Δείχνουμε ότι η αρχιτεκτονική των συνδέσεων έχει μορφοκλασματική (fractal) κατανομή και αυτό επιτρέπει την ιεραρχική διάδοση των ηλεκτρικών σημάτων 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 Integrate-and-Fire model. Θα συζητήσουμε φαινόμενα διάδοσης σήματος, chimera states (χιμαιρικές καταστάσεις), συγχρονισμού νευρώνων 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.