OpenWorm

OpenWorm — международный проект по созданию компьютерной модели (in silico) на клеточном уровне одного из наиболее полно изученных[1] современной биологией микроорганизмов — червя Caenorhabditis elegans[2][3][4].

Конечной целью проекта является полная модель, которая включает все клетки C. elegans (чуть менее тысячи). На первой стадии будет моделироваться передвижение червя, для чего симулируется работа 302 нервных клеток и 95 мышечных. На 2014 год были созданы модели нейронного коннектома и мышечных клеток. На сайте проекта доступен трёхмерный интерактивный анатомический атлас червя. Участники проекта OpenWorm также развивают платформу geppetto, предназначенную для моделирования целых организмов[5].

В 2015 году координатор проекта С. Ларсон заявил, что поставленные цели выполнены на 20—30 %[1].

Червь C. elegans

Круглый червь C. elegans для современной генетики является аналогом мухи дрозофилы для классических естественнонаучных дисциплин; он имеет одну из наиболее простых нервных систем, состоящую всего из 302 нейронов[1]. Более того, изучена структура соединений между ними (коннектом). Всего в организме червя чуть менее тысячи клеток, все они идентифицированы и описаны в научной литературе, поскольку C. elegans является популярным модельным организмом. Также полностью прочитан геном червя, описано множество мутаций, поведение червей и т. п. При столь низком числе нейронов использование двухфотонной микроскопии может позволить описать полную нейронную активность живого организма. С помощью оптогенетических технологий возможно будет полностью описать нейродинамику организма.

В процессе создания полной модели живого существа «in silico» будут созданы новые средства и методы, которые упростят моделирование более сложных организмов.

Проект NemaLoad

Проект Nemaload[6] — исследовательская программа по эмпирическому поиску биологических фактов, которые потребуются для полноценной симуляции «снизу вверх». Основатель Nemaload, David Dalrymple, сотрудничает с проектом OpenWorm.

Проект OpenWorm

Несмотря на заявленную конечную цель проекта по симуляции всего организма C. elegans и особенностей его поведения, проект Open Worm сначала планирует достичь лишь симуляции простейших моторных реакций. Для этого виртуальный червь должен быть помещен в виртуальную окружающую среду. Требуется достичь полноценной обратной связи по цепочке: Стимул среды — сенсорная трансдукция — срабатывание промежуточных нейронов — срабатывание моторных нейронов — сокращение мышечных клеток — изменение среды — сенсорная трансдукция и так далее…

Две основные технические проблемы: моделирование нейронных и электрических свойств нервной системы в процессе обработки информации и, затем, моделирование механических свойств тела червя в процессе движения. Свойства нейронов моделируются уравнениями Hodgkin Huxley, а механические свойства — алгоритмом Smoothed Particle Hydrodynamic.

Команда OpenWorm создала программу Geppetto, которая интегрирует в себе эти алгоритмы и, благодаря своей модульности, сможет моделировать другие биологические системы (например, пищеварение).

Команда также создала окружение NeuroConstruct, которая описывает структуры нейронов в формате NeuroML. С помощью NeuroConstruct был реконструирован полный коннектом C. elegans.

В формате NeuroML также была создана модель мышечной клетки. Однако на текущий момент модели включают в себя лишь простейшие реакции, но не электрические или механические свойства.

На следующей стадии проекта участники соединят мышечную клетку с шестью нейронами и изучат их взаимодействие.

В дальнейшем процесс будет повторяться для остальных мышечных клеток.

Родственные проекты

Пазлинка и перо
Это пустой раздел, который ещё не написан.
Здесь может располагаться отдельный раздел. Помогите Википедии, написав его. (31 марта 2015)

Примечания

  1. ↑ 1 2 3 Николенко С., Кадурин А., Архангельская Е. 1.5 Пределы нейробиологии: что мы на самом деле знаем? // Глубокое обучение. Погружение в мир нейронных сетей. — СПб.: Питер, 2018. — С. 28. — 480 с. — (Библиотека программиста). — ISBN 978-5-496-02536-2.
  2. ↑ nematode fanciers open their worm to a kickstarter. Дата обращения: 29 сентября 2017. Архивировано 27 января 2018 года.
  3. ↑ Towards a virtual C. elegans: A framework for simulation and visualization of the neuromuscular system in a 3D physical environment. Palyanov A., Khayrulin S., Larson S.D. and Dibert A. (2012) In Silico Biology 11(3): 137—147 Архивировано 22 апреля 2014 года.
  4. ↑ Current practice in software development for computational neuroscience and how to improve it. Gewaltig, M.-O., & Cannon, R. (2014). PLoS Computational Biology, 10(1), e1003376. doi:10.1371/journal.pcbi.1003376
  5. ↑ Openworm is going to be a digital organism in your browser Архивная копия от 4 июля 2017 на Wayback Machine // Venturebeat, 2014-04-30
  6. ↑ NemaLoad Архивировано 7 октября 2012 года.

Ссылки

Content Disclaimer

Informasi ini disarikan dari Wikipedia dan disajikan kembali untuk tujuan edukasi. Konten tersedia di bawah lisensi CC BY-SA 3.0. Kami tidak bertanggung jawab atas ketidakakuratan data yang bersumber dari kontribusi publik tersebut.

  1. The information displayed on this website is sourced in part or in whole from Wikipedia and has been adapted for the purpose of restating it. We strive to provide accurate and relevant information, however:
  2. There is no guarantee of absolute accuracy. Wikipedia is an open, collaborative project that can be edited by anyone, so information is subject to change.
  3. It is not intended to constitute professional advice. The content displayed is for informational and educational purposes only. For important decisions (e.g., medical, legal, or financial), please consult a professional.
  4. Content copyright. Wikipedia is licensed under the Creative Commons Attribution-ShareAlike License (CC BY-SA). This means that content may be reused with appropriate attribution and shared under a similar license.
  5. Responsible use. Any risk arising from the use of information from this website is entirely the responsibility of the user.