MaxWell Webinar with Prof. Dr. János Vörös and Dr. Vaiva Vasiliauskaitė

人类神经系统疾病是导致死亡的主要原因之一，令人恐惧，而且往往很痛苦。不幸的是，很难找到治疗这些疾病的新药，因为动物临床前药物测试对人体安全/毒性，尤其是疗效几乎没有预测价值。人类诱导多能干细胞（iPSC）技术与新兴微生理系统（MPS）相结合的最新进展可能为解决与研究神经系统及其疾病有关的一些挑战提供机会。本次讲座将介绍在体外创建明确定义的神经元网络并与之交互的新工具。PDMS 微通道通过单神经元电平控制实现定向连接，而纳米通道支持调整突触前和突触后神经元之间的连接。这允许创建具有真实神经元的任意网络架构，以研究基础神经科学范式，同时保持与实验的紧密联系。同时，它还与人类 iPSC 衍生细胞和患者原代细胞兼容，可实现精确的疾病模型，实现个性化医疗。

微电极阵列（MEA）和人体诱导多能干细胞技术的进步使收集具有高时空分辨率的数据成为可能。将MEA与微结构平台集成提供了一种强大的方法，可提供具有精确连接的高通量和长期神经元网络记录，可用于研究基本的神经过程，例如人类疾病的学习和建模。为了以最佳方式浏览每个实验的多维参数空间，我们正在开发新的计算建模方法，这些方法可以优化实验协议并提供模拟假设测试。

在本次演讲中，我将重点介绍计算建模的两个应用 体外 平台。首先，我将介绍一种基于霍奇金-赫克斯黎形式主义和无似然推断的生物物理建模方法。再加上能够从单个神经元对中分离和记录的实验平台，这种方法可以量化长期增强刺激后的AMPA和NMDA受体特异性变化。其次，我们研究了一项与临床相关的应用，即胶质母细胞瘤——成人中最具侵略性和最普遍的原发性脑肿瘤——如何破坏局部回路层面的神经元信息传输。使用信息论提取功能连接，使用网络科学来描述由此产生的功能网络结构，我们发现胶质母细胞瘤浸润的网络在种群爆发期间表现出更高的局部反馈基序和更强的信息传输。这些发现共同凸显了建立可塑性、可重构神经元网络的实验相关生物物理模型的必要性，以阐明疾病和学习相关可塑性中推动网络重组的机制。

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