(English below) È stata pubblicata su «Nature Communications Biology» una nuova ricerca scientifica* dell’Unità di Neurocomputazionale del Dipartimento di Scienze del Sistema Nervoso e del Comportamento dell’Università di Pavia, in collaborazione con il Brain Connectivity Centre della Fondazione Mondino, che fornisce una nuova verità di base sul modello di funzionamento e organizzazione del circuito cerebellare.
I modelli di cervelletto basati su morfologie cellulari realistiche pongono diverse questioni, la maggior parte delle quali, correlate con l’anisotropia e la geometria regolare della rete neurale, che non sono facilmente affrontabili con gli strumenti di modellizzazione ad oggi disponibili.
L’Unità Neurocomputazionale Unipv ha quindi sviluppato il Brain Scaffold Builder (BSB), il primo component framework che permette di modellizzare i circuiti neurali su multiscala.
Il modello del cervelletto è una nuova risorsa per studiare le relazioni di struttura-funzione-dinamica chiarendo gli aspetti computazionali dei microcircuiti locali e i correlati neurali del comportamento. Grazie al design dello “scaffold”, nuovi neuroni e meccanismi possono essere “plugged in” nello stesso scaffold per affrontare l’ontogenesi, le differenze di specie (per esempio negli uomini) e le patologie cerebrali, e per predire le dinamiche che man mano verranno evidenziate.
*Model simulations unveil the structure-function-dynamics relationship of the cerebellar cortical microcircuit (Robin De Schepper, Alice Geminiani, Stefano Masoli, Martina Francesca Rizza, Alberto Antonietti, Claudia Casellato, Egidio D’Angelo).
L’articolo è consultabile al link: articolo completo
doi 10.1038/s42003-022-04213-y
[Nell’immagine: Cerebellar scaffold model. A sinistra: Il workflow del Brain Scaffold Builder. Nella fase di ricostruzione, BSB procede definendo in sequenza il volume della rete, i tipi di cellule, il loro posizionamento, la connettività. Nella simulazione possono essere utilizzati più tipi di simulatori. Questo workflow è applicabile a qualsiasi tipo di rete neuronale cerebrale. A destra: Circuito della corteccia cerebellare. Vengono mostrate solo alcune fibre e morfologie rappresentative (fibre muscoidi e glomeruli – in nero; cellule granulari – in rosso; cellule del Golgi – in blu; cellule di Purkinje – in verde; cellule a canestro – in arancione; cellule stellate – in giallo)]
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Model simulations unveil the structure-function-dynamics relationship of the cerebellar cortical microcircuit
Robin De Schepper, Alice Geminiani, Stefano Masoli, Martina Francesca Rizza, Alberto Antonietti, Claudia Casellato, Egidio D’Angelo
A new research article from the Neurocomputation Unit of the department of Brain and Behavioural Sciences of the University of Pavia, in collaboration with the Brain Connectivity Centre of the Mondino Foundation, has just been published on «Nature Communications Biology», providing a new model-based ground truth about organization and functioning of the cerebellar circuit.
Cerebellar modelling using realistic morphologies poses specific problems, mostly related to the anisotropy and regular geometry of the network, that are not easily manageable with existing modelling tools.
Therefore, the UNIPV unit has developed the Brain Scaffold Builder (BSB), the first component framework for multiscale neural circuit modelling.
The cerebellar model represents a new resource for investigating structure-function-dynamics relationships, shedding light on local microcircuit computations and neural correlates of behaviour. Given the “scaffold” design, new neurons and mechanisms can be plugged-in to address ontogenesis, species differences (for example in humans) and brain pathologies, in order to predict emerging dynamics.
doi 10.1038/s42003-022-04213-y
