In this work we propose a new biophysical computational model of brain regions relevant to Parkinson's Disease based on local field potential data collected from the brain of marmoset monkeys. Parkinson's disease is a neurodegenerative disorder, linked to the death of dopaminergic neurons at the substantia nigra pars compacta, which affects the normal dynamics of the basal ganglia-thalamus-cortex neuronal circuit of the brain. Although there are multiple mechanisms underlying the disease, a complete description of those mechanisms and molecular pathogenesis are still missing, and there is still no cure. To address this gap, computational models that resemble neurobiological aspects found in animal models have been proposed. In our model, we performed a data-driven approach in which a set of biologically constrained parameters is optimised using differential evolution. Evolved models successfully resembled single-neuron mean firing rates and spectral signatures of local field potentials from healthy and parkinsonian marmoset brain data. As far as we are concerned, this is the first computational model of Parkinson's Disease based on simultaneous electrophysiological recordings from seven brain regions of Marmoset monkeys. Results show that the proposed model could facilitate the investigation of the mechanisms of PD and support the development of techniques that can indicate new therapies. It could also be applied to other computational neuroscience problems in which biological data could be used to fit multi-scale models of brain circuits.


翻译:在这项工作中,我们提出一个新的脑区域生物物理计算模型,该模型基于从恒星猴脑中采集的当地潜在数据,与帕金森氏病有关。帕金森氏病是一种神经退化性疾病,与亚丁亚硝基亚皮面的多巴胺基神经细胞死亡有关,影响大脑巴沙尔帮派-地中海-皮层神经电路的正常动态。虽然该疾病有多种机制,但这些机制和分子病因的完整描述仍然缺乏,目前还没有治愈。为了解决这一差距,已经提出了类似于动物模型中发现的神经生物学方面的计算模型。在我们模型中,我们采用了数据驱动方法,利用差异进化来优化一套生物受限参数。电动模型成功地与单中子中子平均发热率和当地领域潜力的光谱信号,它来自健康和园丁氏线性电离子细胞大脑数据。就我们而言,这是第一个用于计算模型模型的模型,这个模型与动物模型中的神经生物生物生物生物学方面特征方面相似。我们从DNA的大脑研究中可以同时展示其他的机理学数据。

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