没有什么是容易预测的，尤其是生物体的发展。然而，多亏了CMU的研究人员，预测神经元细胞的生长变得简单了一点。

机械工程教授杰西卡·张(Jessica Zhang)和计算生物建模实验室的学生们创建了一个计算模型，可以预测啮齿动物神经元细胞在体外生长的不同阶段，准确率为97.7%。他们希望用这个模型来弄清楚为什么神经元会以这种方式生长。

他们的研究发表在《应用力学与工程中的计算机方法》(came)上。机械工程助理教授维姬·韦伯斯特-伍德(Vickie Webster-Wood)和机械工程博士生阿什利·s·廖(Ashlee S. Liao)为这项研究的实验方面做出了贡献。廖由韦氏和张共同担任顾问。

张说:“我们希望利用我们的计算工具来研究与形态相关的神经元退化。”“我们正在研究的计算工具可以为我们提供进一步发展的能力。”

廖测量了实验室培养的未成熟神经元细胞在6天内的总长度和部分长度、生长角度和扭曲度。然后对细胞进行成像，所有这些数据被用来创建预测神经元生长锥体路径的计算模型——神经元中的一种结构，决定细胞将如何生长和发育。

“这是这项研究的关键点，”张说。“生长锥，也被称为生长因子，是一个非常重要的指标或度量，它在未来发展某些退行性神经元疾病时影响成熟神经元。”

据张说，这项研究的挑战之一是弥合实验和计算之间的差距。研究人员需要找到一种方法，将不同的研究模型和模式融合在一起。

“从实验方面或从计算方面来看，很多时候我们无法定义一个比较这两个领域结果的好方法。事情没那么简单。”“这可能会为如何将这两个领域融合在一起提供一些灵感和线索。”

参与这项研究的机械工程博士生钱宽人(Kuanren Qian)表示，在研究神经元退化方面还有很多工作要做。但这项工作有可能产生一些有影响力的结果。

钱说:“我们的想法是，我们的模型可以为研究这些疾病的人提供一个计算工具，在某种程度上，以前仅仅通过实验很难做到这一点。”“我们可以探索的另一个未来方向是研究如何引导增长。在为生物混合机器人构建神经系统方面有一些潜在的应用。”

更多资料:钱宽任等，基于神经突形态特征和cnn预测的仿生IGA神经元生长建模，应用力学与工程计算机方法(2023)。DOI: 10.1016/j.cma.2023.116213由卡内基梅隆大学机械工程提供引文:分支:以新的方式建模神经元(2023,9月11日)检索自https://medicalxpress.com/news/2023-09-neurons-ways.html。除为私人学习或研究目的而进行的任何公平交易外，未经书面许可，不得转载任何部分。内容仅供参考之用。