GENESIS (The General Neural Simulation System ) es un entorno de simulación para construir modelos realistas de sistemas neurobiológicos en muchos niveles de escala, incluidos: procesos subcelulares, neuronas individuales, redes de neuronas y sistemas neuronales. Estas simulaciones son “implementaciones informáticas de modelos cuyo objetivo principal es capturar lo que se conoce de la estructura anatómica y las características fisiológicas del sistema neuronal de interés”. [4]GENESIS tiene como objetivo cuantificar el marco físico del sistema nervioso de una manera que permita una fácil comprensión de la estructura física de los nervios en cuestión. “En la actualidad, solo GENESIS permite el modelado en paralelo de neuronas individuales y redes en computadoras paralelas de múltiples instrucciones y múltiples datos”. [5] El desarrollo del software GENESIS se extendió desde su hogar en Caltech a los laboratorios de la Universidad de Texas en San Antonio , la Universidad de Amberes , el Centro Nacional de Ciencias Biológicas en Bangalore, la Universidad de Colorado , el Centro de Supercomputación de Pittsburgh , el San Diego Supercomputer Center y Emory University.
Autor (es) original (es) | Dr. James M. Bower |
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Versión inicial | 1988 |
Lanzamiento estable | |
Repositorio | |
Escrito en | C [2] |
Sistema operativo | Similar a Unix , macOS , Windows (con Cygwin ) [2] |
Tipo | Entorno de simulación |
Licencia | GPL [3] |
Sitio web | genesis-sim |
Neuronas y sistemas neuronales
GENESIS funciona creando entornos de simulación para construir modelos de neuronas o sistemas neuronales . " Las células nerviosas son capaces de comunicarse entre sí de una manera tan estructurada como para formar redes neuronales. Para comprender las redes neuronales, es necesario comprender las formas en que una neurona se comunica con otra a través de conexiones sinápticas y el proceso llamado transmisión sináptica. ". [6] Las neuronas tienen una estructura especializada para su función, "son diferentes de la mayoría de las otras células del cuerpo en que están polarizadas y tienen distintas regiones morfológicas, cada una con funciones específicas". [6] Las dos regiones importantes de una neurona son la dendrita y el axón . "Las dendritas son la región donde una neurona recibe conexiones de otras neuronas. El cuerpo celular o soma contiene el núcleo y los otros orgánulos necesarios para la función celular. El axón es un componente clave de las células nerviosas sobre el cual se transmite información desde una parte del neurona (por ejemplo, el cuerpo celular) a las regiones terminales de la neurona ". [6] La tercera pieza importante de una neurona es la sinapsis . "La sinapsis es la región terminal del axón, aquí es donde una neurona forma una conexión con otra y transmite información a través del proceso de transmisión sináptica". [6]
Las redes neuronales como las simuladas con el software GENESIS pueden volverse rápidamente muy complejas y difíciles de entender. "Solo unas pocas neuronas interconectadas (un microcircuito) pueden realizar tareas sofisticadas como mediar reflejos, procesar información sensorial, generar locomoción y mediar en el aprendizaje y la memoria. Incluso las redes más complejas, los macrocircuitos, consisten en múltiples microcircuitos incrustados. Los macrocircuitos median funciones cerebrales superiores como como reconocimiento de objetos y cognición ". [6] GENESIS se esfuerza por simular sistemas neuronales tal como se encuentran en la naturaleza. A menudo, "una neurona puede recibir contactos de hasta 10,000 neuronas presinápticas y, a su vez, cualquier neurona puede contactar hasta 10,000 neuronas postsinápticas. La posibilidad combinatoria podría dar lugar a circuitos neuronales enormemente complejos o topologías de red, que pueden ser muy complejas. difícil de comprender". [6]
Historia
GENESIS fue desarrollado por el Dr. James M. Bower , en el laboratorio de Caltech , y lanzado por primera vez al público en 1988 en asociación con el primer Curso de Métodos en Neurociencia Computacional en el Laboratorio de Biología Marina en Woods Hole, MA. El código fuente completo del software se publicó en el mismo año bajo un modelo de software abierto para el desarrollo. Ahora cuenta con el apoyo de la Iniciativa de Biología Computacional de la Universidad de Texas en San Antonio y está disponible gratis junto con guías tutoriales sobre su uso. P-GENESIS, una versión paralela de GENESIS, se ejecutó por primera vez en 1990 en Intel Delta, que era el prototipo de la familia Intel Paragon de supercomputadoras masivamente paralelas.
Cómo funciona GENESIS
GENESIS es útil para crear un entorno de simulación para construir modelos de sistemas neurobiológicos como:
El sistema GENESIS es complicado, pero relativamente fácil de usar.
Una persona puede ingresar comandos a través de una de estas tres formas: archivos de script, interfaz gráfica de usuario o el shell de comandos GENESIS. Luego, el intérprete del lenguaje de secuencias de comandos procesa estos comandos. "El intérprete del lenguaje de secuencias de comandos procesa los comandos ingresados a través del teclado, los archivos de secuencia de comandos o la interfaz gráfica de usuario, y los pasa al motor de simulación GENESIS. El motor de simulación también carga bibliotecas de objetos compilados, lee y escribe archivos de datos e interactúa con los gráficos interfaz de usuario". [7] A continuación se muestra una representación gráfica del proceso de entrada del usuario y un ejemplo de salida de GENESIS.
Aplicaciones
La mayoría de las aplicaciones actuales de GENESIS involucran simulaciones realistas de sistemas biológicos. Por lo general, se usa para simular el comportamiento de estructuras cerebrales más grandes, por ejemplo, la corteza cerebral . Estos estudios ocurren con mayor frecuencia en cursos de laboratorio de simulación neuronal en Caltech y el Laboratorio de Biología Marina en Woods Hole, Massachusetts.
GENESIS puede usarse en combinación con el software de la Universidad de Yale llamado NEURON como un medio para que los científicos colaboren para construir una descripción física del sistema nervioso. El software GENESIS también se puede utilizar con Kinetikit en el modelado de vías de transducción de señales. [8]
GENESIS se ha utilizado en muchos estudios. [9] Algunos de estos estudios involucran investigaciones que se enfocan en el desarrollo de software que sería útil en muchas disciplinas. Otros son estudios de neuronas, como las células de Purkinje . Estos estudios utilizaron GENESIS para simular células de Purkinje y podrían ser útiles para la planificación y el desarrollo de experimentos posteriores utilizando el software GENESIS.
También puede haber aplicaciones biomédicas del software. Por ejemplo, St. Jude Medical en Europa ha desarrollado un dispositivo GENESIS implantado. [10]
Ver también
- Software de red neuronal
- Inteligencia artificial
- Red neuronal artificial
- Entorno de desarrollo integrado
- Neuromorfología teórica
- NEURONA
Publicaciones
- El libro de GENESIS: Exploración de modelos neuronales realistas con el sistema de simulación neuronal general , Springer, (1998), ISBN 978-0-387-94938-3
Referencias
- ^ a b "La página de inicio del simulador GENESIS 2" . Proyecto GENESIS . Consultado el 26 de diciembre de 2015 .
- ^ a b "Plataformas" . Proyecto GENESIS . Consultado el 1 de octubre de 2016 .
- ^ "La última distribución de CDROM GENESIS 2.3" . Proyecto GENESIS . Consultado el 26 de diciembre de 2015 .
- ^ (Bower, Beeman y Hucka. Software de simulación GENESIS. 1998)
- ^ (Una guía para el consumidor sobre el software de modelado neuronal TENDENCIAS EN NEUROCIENCIAS 15: 462-464, 1992 Copyright © Elsevier Science Publishers Ltd, (Reino Unido), 1992 E. De Schutter División de Biología 216-76, Instituto de Tecnología de California, Pasadena, CA 91125, EE. UU.)
- ^ a b c d e f (Introducción a las neuronas y redes neuronales John H. Byrne, Ph.D., Departamento de Neurobiología y Anatomía, Facultad de Medicina de UT en Houston)
- ^ (Bower, Beeman y Hucka. Software de simulación GENESIS. 1998.)
- ^ (Bhalla, EE. UU. (2002) .Uso de Kinetikit y GENESIS para modelar vías de señalización. En: Methods in Enzymology, ed. Hildebrandt, JD e Iyengar, R. Academic Press, 345, 3-23.)
- ^ Publicaciones GENESIS
- ^ Video: Dispositivo implantado GENESIS
enlaces externos
- Página web oficial
- Publicaciones GENESIS
- GENESIS en Scholarpedia