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(Referência obtida automaticamente do Web of Science, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores.)

A Data-Driven Biophysical Computational Model of Parkinson's Disease Based on Marmoset Monkeys

Texto completo
Autor(es):
Ranieri, Caetano M. [1] ; Pimentel, Jhielson M. [2] ; Romano, Marcelo R. [3, 4] ; Elias, Leonardo A. [3, 4] ; Romero, Roseli A. F. [1] ; Lones, Michael A. [2] ; Araujo, Mariana F. P. [5, 6] ; Vargas, Patricia A. [2] ; Moioli, Renan C. [7]
Número total de Autores: 9
Afiliação do(s) autor(es):
[1] Univ Sao Paulo, Inst Math & Comp Sci, BR-13566590 Sao Carlos, SP - Brazil
[2] Heriot Watt Univ, Edinburgh Ctr Robot, Edinburgh EH14 4AS, Midlothian - Scotland
[3] Univ Estadual Campinas, Ctr Biomed Engn, Neural Engn Res Lab, BR-13083881 Campinas, SP - Brazil
[4] Univ Estadual Campinas, Sch Elect & Comp Engn, Dept Elect & Biomed Engn, BR-13083852 Campinas, SP - Brazil
[5] Univ Fed Espirito Santo, Hlth Sci Ctr, Dept Physiol Sci, BR-29047105 Vitoria, ES - Brazil
[6] Santos Dumont Inst, Edmond & Lily Safra Int Inst Neurosci IINELS, BR-59280000 Macaiba, State Of Rio Gr - Brazil
[7] Univ Fed Rio Grande do Norte, Digital Metropolis Inst, Bioinformat Multidisciplinary Environm BioME, BR-59078970 Natal, RN - Brazil
Número total de Afiliações: 7
Tipo de documento: Artigo Científico
Fonte: IEEE ACCESS; v. 9, p. 122548-122567, 2021.
Citações Web of Science: 0
Resumo

In this work we propose a new biophysical computational model of brain regions relevant to Parkinson's Disease (PD) based on local field potential data collected from the brain of marmoset monkeys. PD is a neurodegenerative disorder, linked to the death of dopaminergic neurons at the substantia nigra pars compacta, which affects the normal dynamics of the basal ganglia-thalamus-cortex (BG-T-C) neuronal circuit of the brain. Although there are multiple mechanisms underlying the disease, a complete description of those mechanisms and molecular pathogenesis are still missing, and there is still no cure. To address this gap, computational models that resemble neurobiological aspects found in animal models have been proposed. In our model, we performed a data-driven approach in which a set of biologically constrained parameters is optimised using differential evolution. Evolved models successfully resembled spectral signatures of local field potentials and single-neuron mean firing rates from healthy and parkinsonian marmoset brain data. This is the first computational model of PD based on simultaneous electrophysiological recordings from seven brain regions of Marmoset monkeys. Results indicate that the proposed model may facilitate the investigation of the mechanisms of PD and eventually support the development of new therapies. The DE method could also be applied to other computational neuroscience problems in which biological data is used to fit multi-scale models of brain circuits. (AU)

Processo FAPESP: 13/07375-0 - CeMEAI - Centro de Ciências Matemáticas Aplicadas à Indústria
Beneficiário:Francisco Louzada Neto
Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Centros de Pesquisa, Inovação e Difusão - CEPIDs
Processo FAPESP: 17/02377-5 - Aprendizado de Máquina e Aplicações para Robótica em Ambientes Inteligentes
Beneficiário:Caetano Mazzoni Ranieri
Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado
Processo FAPESP: 18/25902-0 - Aprendizado de máquina para ajudar a encontrar correlatos neurais do Mal de Parkinson
Beneficiário:Caetano Mazzoni Ranieri
Modalidade de apoio: Bolsas no Exterior - Estágio de Pesquisa - Doutorado
Processo FAPESP: 18/11075-5 - Estudo por simulação computacional sobre os efeitos da estimulação estocástica na atividade de um circuito encefálico envolvido na doença de Parkinson
Beneficiário:Marcelo Ramos Romano
Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Mestrado