海马体是最迷人的大脑区域之一。与记忆的形成有关，它还帮助我们在世界中导航而不会迷路。另一方面，感觉皮层起着重要作用在我们如何感知环境中起着重要作用并做出适当的动作，以及我们的大脑如何决定关注什么，忽略什么。虽然这两个区域已被广泛研究，并揭示了许多秘密，但我们仍有很多不了解的地方由于相互作用的部分的高度复杂性，从单个突触和动物园的不同神经元类型，到详细的网络它们之间存在互负性。
为了更好地理解，EPFL的研究人员建立了这些区域的详细计算模型。将组成这些区域的神经元放在一起，并通过计算机代码描述它们相互作用的规则，他们能够模拟这些区域的大脑活动，并研究大脑活动协调中每个部分的角色。
与以前的模型不同，这些模型是根据相应大脑区域的精确三维几何形状建立的。这为将来用任何新的实验数据改进和测试模型打开了大门。通过专注于建立这样的一般三维模型，这些模型也可以用来探索广泛的现象。
这不是一个容易的过程。描述控制区域的规则并将其转化为计算机模拟需要许多已经发现并了解这些规则的专家的投入。因此，研究人员与来自世界各地的80多名同事合作，开发了这些大脑区域最大、最详细的模型。
他们现在已经公开向科学界发布了这些模型以及研究和使用这些模型的工具。这些模型在四篇广泛的论文中进行了描述，每篇论文都侧重于不同的方面。
新皮层微、中回路的建模与仿真。第一部分发表在《eLife》杂志上，重点关注体感区域的解剖结构及其连通性。它的主要观点是，大脑区域的形状影响内部形成的大脑网络结构，并描述了不同尺度的连接如何聚集在一起形成高度复杂的模式。“我们有时习惯于将本地连接和远程连接视为独立的系统，”蓝脑连接组组长迈克尔·雷曼博士指出。“看到这些系统如何相互作用，形成这些非常结构化的网络类型，我们真的很惊讶。”
第二部分与第一篇论文一起发表在eLife上，描述了大脑区域的生理学，以及它是如何在突触、神经元和网络层面上建模和验证的。首席研究员詹姆斯·伊斯比斯特博士解释说：“这使我们能够预测大脑的特定组成部分，比如特定的连接模式，是如何影响我们的实验同事对皮层处理的观察的。”“该模型的3D几何结构使我们能够研究大脑区域之间的交流，最有趣的是，将复杂的实验室方法（如光遗传学）与只有在模拟中才能实现的方法（如非常特定人群之间的病变）相结合，重新创建实验。”
《eLife》上的第三篇论文解释了如何进一步改进该模型，将突触可塑性过程纳入其中，突触可塑性是我们学习新信息的基本机制。它的见解与控制过程的复杂规则有关，当数百万突触在活体条件下（如在活体大脑中）经历可塑性时，这些过程就会出现。首席研究员安德拉斯·埃克博士指出：“长期以来，模拟主要集中在人工条件下基于实验室实验的可塑性规则上。”“我们想在详细的网络和体内探索可塑性。”
最后，PLOS Biology上的第四篇论文提出了大鼠CA1区域的综合计算机模型，整合了从突触到网络水平的各种实验数据，包括Schaffer侧枝——海马回路中信息传递和突触可塑性的关键通道——以及神经递质乙酰胆碱的作用。“每个组成部分都经过严格的测试和验证，我们使所有输入数据、假设和方法完全透明，”Romani博士补充说。现在可以在hippocampushub上访问。然而，这个模型为科学家提供了一个灵活的工具，为进一步的海马研究提供了广泛的分析和接口。”
另外三篇期刊文章和三篇预印本手稿证明了这些模型对科学界的价值。在这些研究中，这些模型被用于研究区域间处理、神经编码以及神经元连接和活动之间的关系。塑性模拟结果与电子显微镜数据进行了比较，并证实了预测的基序对突触强度的影响。“我们早就知道大脑网络是复杂的，并且遵循特定的规则，”首席研究员Egas Santander博士解释说。“这个模型使我们能够开始探索这些规则的原因。”
