Tilbake til søkeresultatene

FRINATEK-Fri prosj.st. mat.,naturv.,tek

Exciting times: Extreme modelling of excitable tissue (EMIx)

Alternativ tittel: Modellering av eksiterbart vev på ekstrem skala (EMIx)

Tildelt: kr 12,0 mill.

Hjernen inneholder milliarder av nerveceller som i et komplekst samspill styrer våre tanker, følelser, atferd og bevegelser. Nerveceller kommuniserer via elektriske signaler som genereres av at molekyler og ioner flytter på seg i, over og mellom cellene. Gliacellene danner nettverk som strekker seg rundt nervecellene og inn mot blodårene, og bidrar til at sentralnervesystemet fungerer optimalt. EMIx skal utvikle matematiske og numeriske modeller for å kunne gi ny innsikt i samspillet mellom nevroner og gliaceller. Vi vil utvikle modeller hvor hver enkelt celles kompliserte geometri representeres eksplisitt, modeller som kan beskrive interaksjoner mellom elektriske, kjemiske og mekaniske prosesser i hjernen på cellenivå. Dette detaljnivået krever både komplekse geometrier og sofistikerte matematiske modeller, og resulterer i store systemer som må løses på kraftige datamaskiner på en effektiv måte. Resultatet vil være et nytt og ekstremt detaljert rammeverk for å simulere hjerneceller ved hjelp av datamaskiner. EMIx rammeverket vil gi ny innsikt i hvordan hjerneceller kommuniserer og samhandler, hvordan hjernen kontrollerer sitt volum og i rollen til gliaceller i hjernens vannsirkulasjon. På sikt håper vi at EMIx kan bidra til en bedre forståelse av sykdomsprosesser i hjernen som hjerneødem og nevrodegenerative sykdommer.

Our brains are composed of excitable intertangled tissue consisting of neurons, glial cells, interstitial space and blood vessels, featuring an intricate and unique interplay between ion and water movement, electrical activity, and cellular swelling. Mathematical modelling and simulation could unravel elusive mechanisms underlying these processes, but key theory and technology are lacking. In response, the EMIx ambition is to establish mathematical and technological foundations for detailed modelling and simulation of electrical, chemical and mechanical interplay between brain cells, allowing for pioneering in-silico studies of brain signalling, volume balance and clearance. We will pursue an interdisciplinary approach targeting research questions in applied mathematics, scientific computing, and glio- and neuroscience via mathematical and computational techniques leveraging experimental findings. If successful, EMIx will introduce new mathematical frameworks for modelling electrical, chemical and mechanical interactions in detailed representations of excitable tissue via coupled mixed-dimensional partial differential equations. We will design and openly distribute numerical methods that allow for extreme high-resolution--high-realism simulations of such models. We will create innovative in-silico platforms for studying neuronal-glial-extracellular interactions at unprecedented detail, and create new insight into the mechanisms underlying the role of the brain's star cells (astrocytes) in brain ion and volume balance. Ultimately, EMIx will provide a new avenue of investigation for understanding physiological processes in the brain underlying oedema and neurodegenerative diseases.

Aktivitet:

FRINATEK-Fri prosj.st. mat.,naturv.,tek