Новости из мира эпилептических приступов
Наконец вышла статья, над которой я работал будучи постдоком в Университете Вашингтона. Это был сторонний проект, но именно он привел к публикации, а не основной проект по гидре.
Начну с того, что в мозге человека много нейронов. Реально много, по многим оценкам примерно столько же столько звезд на небе, вернее в галактике млечного пути, где мы с вами находимся. Это около 100 миллиардов. Сколько точно никто не знает, сложно сосчитать, но по последним оценкам величина такого порядка.
Многим физикам по причине большого числа нейронов хочется сравнивать работу мозга с поведением газа. Как и в случае газа, движение отдельных молекул не столь важны, в том время как скорость их движения, их количество и плотность сильно влияют на измеримые характеристики вроде давления и температуры.
В нейробиологии есть подход, который основывается именно на таком сравнении. Он называется моделирование с помощью популяций нейронов. Его можно применять для разных целей. От общего описания работы коры, до описания активности всего мозга. Раз нейронов много, можно усреднять и говорить о средних характеристиках. Например, количестве нервных импульсов, которые создаются целыми популяциями клеток, при этом не занимаясь описанием каждой клетки по отдельности. Это сильно экономит вычислительные ресурсы, а также позволяет сильно упростить уравнения, которыми описывается поведение популяций нейронов. В таком случае их гораздо проще понять.
Именно таким подходом руководствовались мы, когда пытались описать поведение эпилептических приступов в срезах мозга. Конечно, настоящие приступы бывают только в целом мозге. Но, тем не менее, что-то похожее можно наблюдать в срезах мозга больных эпилепсией.
В нашей работе мы описали математическую модель приступов, с помощью которой можно описать настоящие приступы в срезах гиппокампа человека. В этом модели мы предложили, что необходимо учитывать уменьшение частоты импульсов в возбуждающей популяции с помощью отрицательной обратной связи. Мы назвали этот процесс адаптацией в популяции нейронов. Если нейрон получает большой вход, то он постепенно уменьшает частоту своих импульсов. Это происходит за счет медленных калиевых токов, которые текут через мембрану нейронов. Оказалось, что если учесть этот процесс в большой популяции нейронов, это позволяет описывать эпилептический приступ гораздо более точно. Поэтому мы пришли в выводу, что адаптация играет большую роль при эпилепсии. Например, увеличивая количество адаптации в возбуждающих нейронах, можно сделать популяцию менее возбудимой, а значит уменьшить вероятность приступов.
Общие модели популяций нейронов, конечно, не позволяют нам описать все процессы в мозге. Вычисления в сетях происходят на уровне отдельных нервных импульсов, а не их усредненных характеристик. Тем не менее, упрощая реальную систему гораздо проще понять общие принципы, которые можно проверить с помощью более детальных моделей и данных. Если все время обращать внимание на несущественные детали, невозможно увидеть общую картину. Нужно выделять важное, что мы и сделали в нашей работе.
http://www.eneuro.org/content/5/5/ENEURO.0019-18.2018
#нейротоля