Matematisk modellering av biologiske prosesser Hjerne- og sanseforskning ved UMB Samarbeid med UiO

Transkript

1 UMB, 20. mai 2008 Matematisk modellering av biologiske prosesser Hjerne- og sanseforskning ved UMB Samarbeid med UiO Gaute T. Einevoll Leder for Forskningsgruppen for beregningsorientert biologi Institutt for matematiske realfag og teknologi Universitetet for miljø- og biovitenskap

2 Naturvitenskap per år 2000 UMB ATOM MATEMATISKE NATURLOVER kompleksitet liv [10 26 m] makrokosmos mikrokosmos [10-18 m] Naturfagene biologi, fysikk, geologi, kjemi, medisin har smeltet sammen

3 Nivåer i biologi 1. Makromolekyler (DNA,proteiner, ) 2. Celle genotyp fenotyp 3. Cellepopulasjon 4. Organ 5. Organisme 6. Økosystem

4

5 Nevrobiologi/hjernen Interessant biologisk modellsystem (blant annet: direkte kobling mellom gen og funksjon) Gode matematiske modeller for signalbehandling i enkeltnerveceller er utviklet (også effekten av enkeltgener)!

6 Matematisk modellsimulering av generering av aksjonspotensialer i pyramidalnervecelle tatt fra synshjernebarken i katt Fra hjemmesiden til Alain Destexhe [

7 Matematisk modellering av informasjonsflyt i tidlig synsbane netthinne LGN hjernebark Modellering av en kolonne av synsfeltet: 1. Stokastisk nevronmodell [nettverkssimulering med NEST] 2. Ratemodell [(integro)differensialligninger] Samarbeid mellom IMT og Paul Heggelund, IMB, UiO [+ Honda Res. Inst. Europe, Tyskland] HANS E. PLESSER & ASIMO

8 Eksempel: Simulering av biologisk signalbehandling i det tidlige synssystem ved bruk av NEST SYNSSTIMULUS retina LGN hjernebark

9 Matematisk modellering av populasjoner av nerveceller i rotters hjernebark Modellering av krets med ~10000 nerveceller ( mikrokrets ) med 3 ulike detaljnivå ved modellering av nervecellene: 1. Biofysisk modell [stort antall (~ ) ord. diff.lign.] 2. Forenklet stokastisk modell [lite antall (~1-5) stok. diff.lign] 3. Ratemodell for populasjoner [(integro)differensialligninger] Generiske biologiske designprinsipper? Samarbeid mellom IMT/CIGENE og Johan Storm ved CMBN, UiO [+ Univ. California San Diego, Univ. Freiburg, Riken (Japan)] modellhierarki

10 Matematisk modellering av samvirke mellom nerveceller og gliaceller Samarbeid mellom IMT & CIGENE ved UMB og Ole Petter Ottersens gruppe ved CMBN, UiO. [Amiry-Moghaddam fra CMBN er førsteaman. II ved IMT, UMB]

11 NFR-prosjekt eneuro (18 MNOK) NASJONALT: Beregningsorientert Nevrovitenskap ved IMT, UMB: Gaute T. Einevoll (fysikk) Ulf Indahl (anvendt matematikk/statistikk) Hans E. Plesser (informatikk) John Wyller (anvendt matematikk) Inst. for medisinske basalfag + CMBN, UiO: Paul Heggelund (fysiologi) Johan Storm (fysiologi) INTER- NASJONALT: Department of Neurosciences and Radiology, University of California San Diego: Anders Dale, Anna Devor Computational Neuroscience Group, RIKEN Brain Science Institute, Japan: Markus Diesmann, Sonja Grün Honda Research Institute Europe, Germany: Marc-Oliver Gewaltig

12 Miljøbygging bygging: Matematisk biologi/systembiologi Bevilgning fra evitenskapsprogram in NFR IMT: evita (NFR) - eneuro CIGENE: evita (NFR) - Genot. fenotyp Felles tungregnemiljø, Forskerskole i systembiologi på UMB ( [~20 Phd-studenter, ~20 vit.ans. på UMB, ~15 vit.ans. eksternt (hvorav 6 ved UiO)] Søknad om nasjonal forskerskole innen systembiologi og genetikk under utarbeidelse Internasjonalt MSc program i Computational Biology Med på søknad om nasjonal forskerskole i medical imaging (NTNU)

13 INCF (International Neuroscience Coordinating Facility) initiert av OECD (Global Science Forum) for å styrke en global utvikling av NEVROINFORMATIKK Data- og kunnskapsbaser Beregningsorien. nevrovitenskap Analyse- og visualiseringsverk. Nasjonal INCF node etablert ved CMBN, Universitet i Oslo in 2007 [ledere: Einevoll og prof. Johan Storm] Støtter (finansielt og på andre måter) pågående og nye aktiviteter i nevroinformatikk

14

15 Beregningsorientert nevrovitenskap ved IMT/UMB FASTE VIT. (I TILLEGG TIL GTE) POSTDOC/FORSKERE Hans E. Plesser John Wyller DOKTORSTUDENTER Ulf Indahl Tom Tetzlaff Klas Pettersen + Ivar Østby & Leiv Øyehaug (CIGENE) TEKNISK PROG. Eilen Nordlie Henrik Lindén Paulius Jurkus Patrick Blomquist SIMULA 21 Jan 2008 Håkon Enger 15 (UiO)

16 SLUTT