Universitetet for miljø- og biovitenskap på Ås samarbeider med Universitetet i San Diego om å skape matematiske modeller av hjernen.

Som alle andre elektriske kretser kan hjernen beskrives med matematiske formler. Det mener i hvert fall fysikkprofessor Gaute Einevoll ved Institutt for matematiske realfag og teknologi ved Universitetet for miljø- og biovitenskap (UMB) på Ås.

Sammen med informatikeren Hans E. Plesser, matematikeren John Wyller og fire doktorgradsstudenter, forsker han på matematiske modeller som kan beskrive det som skjer med de elektriske impulsene i hjernen.

– Vi vet godt hvordan en nervecelle fungerer på mikronivå og kan også måle hjerneaktivitet på systemnivå. Vi prøver å beskrive nivået mellom disse mikro- og systemnivåene, altså nettverk av noen titusener nerveceller i et bestemt område av hjernebarken.

Rotteforsøk

Gruppen har inngått et samarbeid med gruppen til nordmannen Anders Dale ved Department of Neurosciences ved University of California i San Diego for å få nok måledata til forskningen.

– Vi undersøker hvordan bedøvede rotters elektriske impulser forårsaket av stimuli av rottenes værhår, påvirker et bestemt område i hjernebarken, forklarer Einevoll.

Snekrer

De bruker spesialsnekrede elektroder som måler den elektrisk spenningen i mange ulike posisjoner inne i hjernebarken, for å lære hvordan grupper med titusener av nerveceller virker sammen.

- Den høyfrekvente delen av signalene forteller om når nervecellene sender signaler til andre, mens den lavfrekvente delen forteller om hvordan de behandler mottatte signaler, forteller han.

Kretsløp

Fra målingene kan forskerne beregne hvor i klyngen av nerveceller stimulering av værhår merkes først, og hvordan aktiviteten sprer seg i klyngen.

– Vi prøver rett og slett å rekonstruere hvordan hjernebarkkretsen er skrudd sammen.

Synsbanen

Forskningsgruppen på Ås lager også matematiske modeller av synsbanen hos pattedyr.

Det vil si hvordan stimuli fra øyet når hjernebarken. Modelleringen gjøres i nært samarbeid med Hondas europeiske forskningsavdeling i Tyskland som blant annet er ute etter å lære roboter til å forstå hva de ser.

– En av de viktigste trendene innen dagens vitenskap, er at fysikere, informatikere og matematikere bruker matematiske og fysiske modeller på å forklare prosesser i biologiske systemer.

Brukbare modeller

Einevoll håper at modelleringen som gjøres på Ås, en dag vil bidra til nøyaktige og anvendelige matematiske modeller, lik de vi har for tradisjonelle elektriske kretser.

– Det er grunn til å tro at de basale nervecellekretsene i hjernebarken er ganske lik for alle pattedyr, at evolusjonen har funnet frem én lur måte å gjøre beregninger på.