研究小组模拟大脑中的神经元交通堵塞

卡内基梅隆大学的 Jessica Zhang 和 Angran Li 开发了一种新方法来模拟神经元中的物质运输调节，重点关注这些神经通路中发生的“交通堵塞”。交通拥堵在阿尔茨海默氏症、亨廷顿氏症和帕金森氏症等疾病中发挥作用。该团队正在使用一种称为等几何分析 (IGA) 的新建模技术来更准确地对神经元和这些交通拥堵进行建模。

神经交通堵塞沿着轴突中的微管发生，减少了神经物质流向神经元不同部位的健康流动，并且随着时间的推移会使神经元末端挨饿，从而导致神经退化。这些交通拥堵会导致神经元分泌 tau 蛋白，这是阿尔茨海默病的早期预测因子。

张，机械工程教授，李，博士。学生，使用偏微分方程 (PDE) 约束优化对这些微管和这些交通拥堵发生的两种主要方式进行了建模，这是本研究中开创的一种新方法。建模的神经元来自neuromorpho.org，这是一个真实神经元数字重建模型的数据库。研究结果发表在《科学报告》上。

这些神经交通堵塞发生的一种方式是减少一个区域的微管，这会影响能够沿着轴突或树突移动的神经元的体积。第二种方式是通过轴突膨胀和微管旋转，这增加了材料必须行进的距离。此外，当它们展开以占据空间时，它们微妙的平衡可能会出错，在肿胀的路径中产生大量的材料。这使得神经材料很难正确地通过这些通路。

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