Odkrywanie kodu neuronalnego
Bodźce sensoryczne są odbierane, przetwarzane i przekształcane w polecenia ruchowe. W jaki sposób polecenia te są kodowane i komunikowane w tak krótkim czasie i z tak dużą dokładnością, wciąż pozostaje niejasne. Jedna z teorii sugeruje, że przekazywanie informacji neuronalnych odbywa się w oparciu o podejście "zwycięzca bierze wszystko" (WTA). Istnieje teoria, zgodnie z którą wysyłające impulsy neurony są wyszkolone, by reagować na powtarzające się sekwencje podpowiedzi sensorycznych. W rezultacie wywołują one uporządkowane wzorce aktywności neuronalnej, która składa się z krótkich niezmiennych stanów, po których następują ostre przemiany neuronalne. W finansowanym ze środków UE projekcie "Winner-Take-All readout mechanisms in the central nervous system" (WTAINCNS) przystąpiono do badania czasowej dokładności struktury WTA dla reakcji neuronalnej na bodziec. Naukowcy zasugerowali istnienie mechanizmu konkurencyjnego opartego na utajeniu jako wyjaśnienie przesyłu zewnętrznych bodźców w oparciu o tożsamość neuronu, który wysłał pierwszy impuls do populacji. W tym celu zastosowali model matematyczny do analizy ważnych parametrów w przesyle neuronalnym oraz określenia, jak oddziaływają one na dokładność WTA. To badanie teoretyczne połączono z danymi eksperymentalnymi z różnych układów. W szczególności model ten zastosowano do zbadania wczesnego układu wzrokowego u ryb i małp, jak i do określania lokalizacji źródła dźwięku u świnki morskiej. Wyniki pokazują, że komórki odpowiedzialne za lokalizację źródła dźwięku osiągają międzyuszną różnicę w czasie nadejścia sygnału (ITD) poprzez regulację szybkości, z jaką wysyłają określony sygnał. ITD to różnica w czasie nadejścia sygnału występująca pomiędzy lewym a prawym uchem. Mechanizm, jaki wykorzystują, uwzględnia całkowitą liczbę impulsów wysyłanych przez komórkę w całej reakcji neuronalnej na bodziec słuchowy. Podejście obliczeniowe projektu WTAINCNS udostępnia przydatne narzędzie do badania reakcji neuronalnych i rozszyfrowywania reakcji utajenia zaobserwowanej zarówno w układzie słuchowym, jak i wzrokowym. W dalszej perspektywie informacje te mogą zostać wykorzystane do opracowania interfejsów mózg-komputer w dziedzinie neuroprotetyki, której celem jest przywracanie słuchu, wzroku i ruchu.
