Simulation of learning: models and biological validation

模拟学习:模型和生物验证

基本信息

  • 批准号:
    7936748
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 1.15万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2009
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2009-02-02 至 2013-01-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

DESCRIPTION (provided by applicant): The hippocampal formation is critically involved for the long-term storage of various forms of information, and it is widely believed that the phenomenon of long-term potentiation (LTP) of synaptic transmission is a molecular/cellular mechanism participating in memory formation. Progress in our understanding of LTP has led to the discovery of multiple processes interacting in complex ways that are critically important for different steps of memory formation. Although several high level models of hippocampal function have been developed, they do not incorporate detailed molecular information of the type necessary to understand the contribution of individual molecular events to the overall network function of the hippocampus. It is therefore our goals to develop new technological tools based on mathematical modeling and computer simulation of the molecular processes taking place in realistic biological networks to reach such an understanding. We believe that this approach will not only provide an intimate understanding of the contribution of specific molecular events to overall network function and synaptic plasticity, but also facilitate the design of better and safer therapeutic approaches for learning and memory impairments. Scientists at the University of Southern California have had a long- standing collaboration to understand the molecular and cellular mechanisms of LTP and to develop models to translate basic research into real-life applications. In collaboration with Rhenovia Pharma, we have initiated the development of an integrated platform that incorporates some of the elements of field CA1 of hippocampus. The proposed bioengineering research partnership between 2 research teams at the University of Southern California and Rhenovia will further develop this platform, validate the outputs of the simulation by in vitro experimentation in hippocampal slices and test the possible use of the platform to identify molecules or combination of molecules that could result in facilitation of LTP induction. In particular, we propose to incorporate cholinergic modulation of CA1 network function in order to better understand the links between theta rhythm synchronization of neuronal firing and LTP formation, as well as various types of metabotropic glutamate receptors in order to explore the roles of these receptors in synaptic transmission and synaptic plasticity processes. Finally, integrating various GABA receptors will provide a unique tool to better understand the effects of a large number of drugs currently used to treat a wide range of diseases from epilepsy to Alzheimer's disease PUBLIC HEALTH RELEVANCE: Learning and memory impairments are important aspects of numerous neurological and neuropsychiatric diseases. Identifying new pharmacological treatments for cognitive impairment is both urgent and difficult in view of the complexity of the mechanisms involved in memory formation. The proposed work is directed at developing bioinformatics tools to facilitate this process by providing a better understanding of the molecular and cellular events participating in memory formation as well as a platform for testing the efficacy of drugs or combination of drugs for improving memory formation.
描述(申请人提供):海马结构对于各种形式信息的长期存储至关重要,人们普遍认为突触传递的长期增强(LTP)现象是一种分子/细胞机制参与记忆形成。 我们对 LTP 理解的进展导致我们发现了多个过程以复杂的方式相互作用,这对于记忆形成的不同步骤至关重要。 尽管已经开发了几种海马功能的高级模型,但它们没有包含了解单个分子事件对海马整体网络功能的贡献所需的详细分子信息。 因此,我们的目标是开发基于现实生物网络中发生的分子过程的数学建模和计算机模拟的新技术工具,以达成这样的理解。 我们相信,这种方法不仅可以深入了解特定分子事件对整体网络功能和突触可塑性的贡献,而且有助于设计更好、更安全的学习和记忆障碍治疗方法。 南加州大学的科学家们进行了长期合作,以了解 LTP 的分子和细胞机制,并开发模型将基础研究转化为现实生活应用。 我们与 Rhenovia Pharma 合作,开始开发一个集成平台,其中包含海马 CA1 区的一些元素。 南加州大学和雷诺维亚大学的两个研究团队之间拟议的生物工程研究合作伙伴关系将进一步开发该平台,通过海马切片的体外实验验证模拟的输出,并测试该平台识别分子或组合的可能性。可能导致促进 LTP 诱导的分子。 特别是,我们建议纳入 CA1 网络功能的胆碱能调节,以便更好地理解神经元放电的 θ 节律同步和 LTP 形成之间的联系,以及各种类型的代谢型谷氨酸受体,以探索这些受体在突触传递和突触可塑性过程。 最后,整合各种 GABA 受体将提供一种独特的工具,以更好地了解目前用于治疗从癫痫到阿尔茨海默病等多种疾病的大量药物的作用。 公共卫生相关性:学习和记忆障碍是许多神经系统疾病的重要方面和神经精神疾病。 鉴于记忆形成机制的复杂性,识别认知障碍的新药物治疗既紧迫又困难。 拟议的工作旨在开发生物信息学工具,通过提供对参与记忆形成的分子和细胞事件的更好理解以及测试药物或药物组合改善记忆形成的功效的平台来促进这一过程。

项目成果

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