GENESIS (mjukvara)

GENESIS
Originalförfattare	Dr James M. Bower
Initial release	1988
Stabil frisättning	2.4 / november 2014 ; 8 år sedan
Förvar	github .com /genesis-sim /genesis-2 .4 ;
Skrivet i	C
Operativ system	Unix-liknande , macOS , Windows (med Cygwin )
Typ	Simuleringsmiljö
Licens	GPL
Hemsida	genesis-sim .org

GENESIS (The General Neural Simulation System) är en simuleringsmiljö för att konstruera realistiska modeller av neurobiologiska system på många skalnivåer inklusive: subcellulära processer, individuella neuroner, nätverk av neuroner och neuronala system. Dessa simuleringar är "datorbaserade implementeringar av modeller vars primära mål är att fånga vad som är känt om den anatomiska strukturen och fysiologiska egenskaperna hos det intressanta neurala systemet". GENESIS är avsett att kvantifiera nervsystemets fysiska ramar på ett sätt som möjliggör enkel förståelse av den fysiska strukturen hos nerverna i fråga. "För närvarande tillåter endast GENESIS parallelliserad modellering av enstaka neuroner och nätverk på parallella datorer med flera instruktioner och flera data." Utvecklingen av GENESIS-mjukvara spred sig från dess hem i Caltech till laboratorier vid University of Texas i San Antonio , University of Antwerpen , National Center for Biological Sciences i Bangalore, University of Colorado , Pittsburgh Supercomputing Center , San Diego Supercomputer Center och Emory University .

Neuroner och neurala system

GENESIS fungerar genom att skapa simuleringsmiljöer för att konstruera modeller av neuroner eller neurala system . " Nervceller är kapabla att kommunicera med varandra på ett så mycket strukturerat sätt att de bildar neuronala nätverk. För att förstå neurala nätverk är det nödvändigt att förstå hur en neuron kommunicerar med en annan genom synaptiska anslutningar och processen som kallas synaptisk transmission ". Neuroner har en specialiserad struktur för sin funktion, de "skiljer sig från de flesta andra celler i kroppen genom att de är polariserade och har distinkta morfologiska regioner, var och en med specifika funktioner". De två viktiga regionerna i en neuron är dendriten och axonen . "Dendriter är den region där en neuron tar emot anslutningar från andra neuroner. Cellkroppen eller soma innehåller kärnan och de andra organellerna som är nödvändiga för cellulär funktion. Axonet är en nyckelkomponent i nervceller över vilken information överförs från en del av neuron (t.ex. cellkroppen) till de terminala regionerna av neuronen". Den tredje viktiga delen av en neuron är synapsen . "Synapsen är den terminala regionen av axonet, det är där en neuron bildar en förbindelse med en annan och förmedlar information genom processen för synaptisk överföring".

Neurala nätverk som de som simuleras med GENESIS-mjukvaran kan snabbt bli mycket komplexa och svåra att förstå. "Bara ett fåtal sammankopplade neuroner (en mikrokrets) kan utföra sofistikerade uppgifter som att förmedla reflexer, bearbeta sensorisk information, generera rörelse och förmedla inlärning och minne. Ännu mer komplexa nätverk, makrokretsar, består av flera inbäddade mikrokretsar. Makrokretsar förmedlar högre hjärnfunktioner som t.ex. som objektigenkänning och kognition". GENESIS strävar efter att simulera neurala system som de finns i naturen. Ofta "kan en neuron ta emot kontakter från upp till 10 000 presynaptiska neuroner, och i sin tur kan varje neuron kontakta upp till 10 000 postsynaptiska neuroner. Den kombinatoriska möjligheten kan ge upphov till enormt komplexa neuronala kretsar eller nätverkstopologier, vilket kan vara mycket svårt att förstå".

Historia

GENESIS utvecklades av Dr. James M. Bower , i Caltech -laboratoriet, och släpptes först för allmänheten 1988 i samband med den första kursen Methods in Computational Neuroscience vid Marine Biological Laboratory i Woods Hole, MA. Fullständig källkod för programvaran släpptes samma år under en öppen mjukvarumodell för utveckling. Det stöds nu av Computational Biology Initiative vid University of Texas i San Antonio och är tillgängligt gratis tillsammans med handledningar om dess användning. P-GENESIS, en parallell version av GENESIS, kördes första gången 1990 på Intel Delta, som var prototypen för Intel Paragon -familjen av massivt parallella superdatorer.

Hur GENESIS fungerar

GENESIS är användbar för att skapa en simuleringsmiljö för att konstruera modeller av neurobiologiska system som:

GENESIS-systemet är komplicerat, men relativt enkelt att använda.

Gränssnitt

En individ kan mata in kommandon på ett av tre sätt: skriptfiler, grafiskt användargränssnitt eller GENESIS-kommandoskalet. Dessa kommandon bearbetas sedan av skriptspråkstolken. "Script Language Interpreter bearbetar kommandon som matas in via tangentbordet, skriptfiler eller det grafiska användargränssnittet och skickar dem till GENESIS simuleringsmotor. Simuleringsmotorn laddar också kompilerade objektbibliotek, läser och skriver datafiler och interagerar med den grafiska användargränssnitt". Nedan är en grafisk representation av användarinmatningsprocessen och ett exempel på GENESIS-utdata.

Hur GENESIS fungerar och grafisk produktion

Ansökningar

De flesta aktuella tillämpningarna för GENESIS involverar realistiska simuleringar av biologiska system. Det används vanligtvis för att simulera beteendet hos större hjärnstrukturer, till exempel hjärnbarken . Dessa studier sker oftast i labbkurser i neural simulering vid Caltech och Marine Biological Laboratory i Woods Hole, Massachusetts.

GENESIS kan användas i kombination med Yale Universitys mjukvara kallad NEURON som ett sätt för forskare att samarbeta för att konstruera en fysisk beskrivning av nervsystemet. GENESIS-mjukvaran kan också användas med Kinetikit vid modellering av signaltransduktionsvägar.

GENESIS har använts i många studier. Vissa av dessa studier involverar forskning som fokuserar på utveckling av programvara som skulle vara användbar inom många discipliner. Andra är studier av neuroner, såsom Purkinje-celler . Dessa studier använde GENESIS för att simulera Purkinje-celler och kan vara användbara för planering och utveckling av senare experiment med GENESIS-mjukvaran.

Det kan också finnas biomedicinska tillämpningar av programvaran. Till exempel St. Jude Medical i Europa utvecklat en implanterad GENESIS-enhet.

Se även

Publikationer

The Book of GENESIS: Exploring Realistic Neural Models with the General Neural Simulation System , Springer, (1998), ISBN 978-0-387-94938-3

externa länkar