¿Cuán biológicamente realistas son los modelos computacionales de las neuronas?

La gente se ha vuelto bastante realista con los modelos computacionales de algunas neuronas. Sin embargo, estamos limitados en lo que sabemos. Existen muchos tipos diferentes de neuronas y hasta que se haya observado y modelado un cierto subtipo de receptor de neurotransmisores, no podemos realmente hacer un modelo 100% exacto de neuronas con ese receptor. Pero para ciertas neuronas (como la neurona piramidal CA1), conocemos muchos detalles.

El entorno de desarrollo más común para los neurocientíficos computacionales que hacen modelos biofísicos es NEURON, que tiene una GUI y puede interactuar con Python.
http://www.neuron.yale.edu/neuron/

Para el modelado neuronal, es importante reconocer que el conjunto de ecuaciones que describe la membrana, el ion y la dinámica sináptica es su modelo, no el programa que escribe para resolver estas ecuaciones. Por lo tanto, una vez que tenga un conjunto de ecuaciones, puede resolverlas con cualquier solucionador de EDO (como Matlab o SciPy).

NEURON ya está diseñado para el modelado neuronal, y tiene un conjunto de estándares para definir varios aspectos de la dinámica. Muchos neurocientíficos computacionales contribuirán con sus modelos a esta base de datos:
http://senselab.med.yale.edu/Neu…

Para todo esto, puede descargarlos y cargarlos en NEURON. Como dije antes, sabemos mucho más sobre algunas neuronas que otras … la neurona piramidal CA1 del hipocampo de roedores ha sido la más estudiada y, por lo tanto, tiene los modelos computacionales más completos. Puede encontrar la lista NeuronDB de modelos CA1 aquí:
http://senselab.med.yale.edu/Mod…

Dado que un modelo, por definición, no es equivalente a su fuente, todos los modelos faltarán de alguna manera. Algunos son más detallados que otros. La mayoría de los modelos están desarrollados para hacer una pregunta específica, y así minimizar todo lo demás. Un modelo interesado en una sinapsis única podría ignorar la compleja estructura dendrítica y tratar la neurona como una esfera.

Otro buen simulador de neuronas de código abierto es Brian, un paquete de Python (lenguaje de programación) que es especialmente útil para simular fácilmente redes grandes (ish) de neuronas en aumento. http://www.briansimulator.org/ En Brian , como en la mayoría de los modelos de redes neuronales, cada neurona es relativamente simplista y consiste en un único punto espacial con un puñado de canales de Hodgkin-Huxley.

Como indican las otras respuestas, ningún modelo captura completamente todo sobre los fenómenos reales. Mi experiencia (limitada) con NEURON, el simulador, es que es excelente para hacer modelos muy detallados de neuronas individuales, pero es demasiado complicado para construir fácilmente modelos de red de más que unas pocas neuronas.

Es importante destacar que el Proyecto Blue Brain de Henry Markram está tratando de hacer exactamente esto, y simular una columna cortical de ratón completa (y eventualmente cerebro completo) de la manera más realista y detallada posible usando NEURON como marco de simulación http://en.wikipedia.org/ wiki / Blu …

Sí, hay modelos biológicamente realistas de neuronas. El primero fue el modelo Hodgkin-Huxley (descrito en 1953, premio Nobel en 1963), que describe cómo se pueden iniciar y propagar los potenciales de acción. Este modelo, en forma de un conjunto de ecuaciones diferenciales no lineales, está en la base de casi todos los modelos más recientes, y ya incluye la membrana, varios canales iónicos, bombas iónicas y flujos iónicos.
Desde entonces, este modelo se ha simplificado (para poder hacer más pruebas computacionalmente intensivas, redes …) o extendido (para incluir más canales o para modelar la influencia de la forma de la neurona, por ejemplo).

En la comunidad de neurociencia computacional, el software Neuron se usa ampliamente para modelar tales neuronas o redes biológicamente realistas ( http://www.neuron.yale.edu/neuron/ ). Es de código abierto, multiplataforma, y ​​hay muchas contribuciones de usuarios / documentación / tutoriales / ejemplos disponibles.

Aquí hay una lista más general de software de neurociencia computacional: http://home.earthlink.net/~perle