A Study on Developing Computer Models of Neuropsychiatric Diseases

신경정신질환의 컴퓨터모델 개발에 관한 연구

In order to understand the pathogenesis and progression of some synaptic loss related neuropsychiatric diseases, We attempted to develop a computer model in this study. We made a simple autoassociative memory network remembering numbers, transformed it into a disease model by pruning synapses, and measured its memory performance as a function of synaptic deletion. Decline in performance was measured as amount of synaptic loss increases and its mode of decline is sudden or gradual according to the mode of synaptic pruning. The developed computer model demonstrated how synaptic loss could cause memory impairment through a series of computer simulations, and suggested a new way of research in neuropsychiatry.

뇌공학 분야에서 개발된 연상기억의 능력을 가지는 Hopfield 신경망을 구성하고, 신경정신질환 중에서 시냅스의 손실과 관련이 되어서 생기는 치매와 일부 정신분열증의 모델로 변형시키기 위하여 인공신경망의 시냅스를 Hoffman의 시냅스 제거법칙과 무작위 방법에 따라 제거하면서, 그에 따른 기억능력의 변화를 관찰하였다. 구성된 컴퓨터모델에서 기억능력의 저하는 시냅스의 감소가 상당히 진행되어야 나타났으며, Hoffman의 시냅스 제거법칙에 따랐을 때는 80% 제거를 기점으로 급격하게 나타났으며, 무작위 제거시는 더 적은 시냅스 제거율인 40% 제거 때부터 점진적으로 나타나는 양상을 보였다. 컴퓨터 모델의 기억력저하 양상이 실제환자에서 관찰되는 기억력저하 양상을 설명할 수 있기 위해서는 증상이 발현되는 시점의 시냅스 소실의 정도는 얼마나 되는지, 또한 시냅스의 소실은 어떤 규칙에 의해 일어나는지 아니면 무작위로 일어나는지에 관한 생물학적 실험의 필요성이 부각되었다. 이와 같이 컴퓨터모델을 이용하여 모의실험을 하고 연구의 방향을 잡은 후에 생물학적 실험으로 검증해 나간다면, 매우 효율적인 이론과 실험의 공조체제를 이루어 신경정신질환의 이해를 도울 수 있을 것이다.