Computational Glioscience

در طول دو دهه گذشته، تشخیص این که آستروسیت ها - نوع غالب سلول های گلیال قشر مغز - می توانند فعالیت نورونی مجاور را حس کرده و عوامل عصبی را آزاد کنند، در کشف نقش های بسیاری که این سلول ها می توانند در پردازش مغز و پردازش مغز ایفا کنند موثر بوده است. ذخیره سازی اطلاعات این یافته‌ها یک انقلاب مفهومی را آغاز کرد که منجر به بازنگری در نحوه عملکرد ارتباطات مغزی شد، زیرا به این معنی است که اطلاعات نه تنها در مدار عصبی بلکه در یک شبکه عصبی-گلیالی گسترش یافته سفر می‌کنند و پردازش می‌شوند. از سوی دیگر، نیاز فیزیولوژیکی برای سیگنال دهی آستروسیت در پردازش اطلاعات مغز و نحوه عملکرد این سلول ها در وظایف محاسباتی تا حد زیادی تعریف نشده باقی می ماند. این امر تا حد زیادی به دلیل فقدان شواهد تجربی قطعی و فقدان اساسی یک چارچوب نظری برای پرداختن به مدل‌سازی و توصیف بسیاری از عملکردهای آستروسیتی است. هدف این کتابی که پیشنهاد می‌کنیم پر کردن این شکاف است و اولین رویکرد محاسباتی سیستماتیک را به موضوع پیچیده و گسترده تعاملات نورون-گلیا ارائه می‌کند. سازماندهی کتاب تا آنجا منحصربه‌فرد است که مجموعه‌ای از «موضوعات داغ» را در تحقیقات گلیا در نظر می‌گیرد که به‌طور ایده‌آل هم تازگی یافته‌های تجربی اخیر در این زمینه و هم چالش مدل‌سازی را که متحمل می‌شوند، گرد هم می‌آورد. فصلی که توسط تجربی گرایان نوشته شده است، احتمالاً با همکاری نظریه پردازان، هر موضوع را معرفی می کند. هدف این فصل، که ما در سبک آن کمتر فنی را نسبت به بررسی‌های مرسوم پیش‌بینی می‌کنیم، ارائه مروری تا حد امکان واضح، از آنچه «تأسیس‌شده» و آنچه در حد حدس و گمان باقی می‌ماند (یعنی سؤالات باز) خواهد بود. سپس هر موضوع در جنبه‌های مختلف ممکن، توسط نظریه‌پردازان در 2-3 فصل ارائه می‌شود. این فصل‌ها به‌منظور ارائه یک مرجع «پرایمینگ» برای مدل‌سازی تعاملات نورون-گلیا، هم برای دانشجوی کارشناسی ارشد و هم برای محقق حرفه‌ای، ویرایش می‌شوند.

Over the last two decades, the recognition that astrocytes - the predominant type of cortical glial cells - could sense neighboring neuronal activity and release neuroactive agents, has been instrumental in the uncovering of many roles that these cells could play in brain processing and the storage of information. These findings initiated a conceptual revolution that leads to rethinking how brain communication works since they imply that information travels and is processed not just in the neuronal circuitry but in an expanded neuron-glial network. On the other hand the physiological need for astrocyte signaling in brain information processing and the modes of action of these cells in computational tasks remain largely undefined. This is due, to a large extent, both to the lack of conclusive experimental evidence, and to a substantial lack of a theoretical framework to address modeling and characterization of the many possible astrocyte functions. This book that we propose aims at filling this gap, providing the first systematic computational approach to the complex, wide subject of neuron-glia interactions. The organization of the book is unique insofar as it considers a selection of “hot topics” in glia research that ideally brings together both the novelty of the recent experimental findings in the field and the modelling challenge that they bear. A chapter written by experimentalists, possibly in collaboration with theoreticians, will introduce each topic. The aim of this chapter, that we foresee less technical in its style than in conventional reviews, will be to provide a review as clear as possible, of what is “established” and what remains speculative (i.e. the open questions). Each topic will then be presented in its possible different aspects, by 2-3 chapters by theoreticians. These chapters will be edited in order to provide a “priming” reference for modeling neuron-glia interactions, suitable both for the graduate student and the professional researcher.