Глиальные клетки нервной ткани подавили приступ эпилепсии

Ученые выяснили, что астроциты — глиальные клетки, поддерживающие и питающие нейроны в головном мозге, а по последним данным, активно участвующие в синаптической передаче и других функциях мозга — способны подавлять приступы эпилепсии. Такой вывод авторы сделали с помощью компьютерной модели, демонстрирующей, как астроциты спонтанно прекращают волны гиперактивности нейронов, которые приводят к судорогам. Эти данные могут лечь в основу разработки новых методов лечения эпилепсии, направленных не на нейроны, а на астроциты. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Computers in Biology and Medicine.

Около 50 миллионов человек в мире страдает от эпилепсии — неврологического заболевания, при котором в мозге происходят внезапные, неконтролируемые всплески гиперсинхронной активности нейронов. Такая гиперактивность приводит к непроизвольным судорогам в теле, которые иногда сопровождаются потерей сознания и травмами. Существующие препараты от эпилепсии корректируют работу нейронов, однако примерно в 30% случаев они оказываются неэффективными. Это связано с тем, что в припадках могут быть задействованы не только нейроны, но и астроциты — клетки, которые поддерживают и питают нейроны. Однако до сих пор было не до конца понятно, способствуют они гиперактивации в головном мозге или, наоборот, подавляют ее.

Исследователи из Нижегородского государственного университета имени Н.И. Лобачевского (Нижний Новгород), ИТ-кампуса «НЕЙМАРК» (Нижний Новгород) совместно с коллегами из Балтийского федерального университета имени Иммануила Канта (Калининград) создали компьютерную модель эпилепсии, включающую два взаимодействующих между собой компонента — сеть нейронов и сеть астроцитов.

Модель нейронов авторы построили, опираясь на математическую модель Ижикевича, которая точно воспроизводит различные типы активации клеток нервной ткани. Затем ученые связали ее с моделью сети астроцитов, в основе которой лежат математические уравнения, описывающие изменения концентраций ионов кальция и молекул инозитолтрифосфата в клетках. Эти внутриклеточные процессы важны для генерации сигналов астроцитами.

Моделирование показало, что высокая активность нейронов во время приступа приводит к увеличению в тканях мозга количества аминокислоты глутамата, активирующей астроциты. Астроциты в ответ на этот сигнал начинают выделять «тормозную» молекулу, которая подавляет передачу возбуждающих сигналов между нейронами. Таким образом, при смоделированном эпилептическом припадке возникали спонтанные вспышки синхронной активности нейронов, которые так же спонтанно прекращались под действием астроцитов.

Ученые пришли к выводу, что скорость и эффективность, с которой астроциты регулируют перевозбуждение нейронов, зависит от их собственного состояния. Поэтому новые виды лечения эпилепсии могут быть нацелены на укрепление защитной и противосудорожной функции этих клеток головного мозга, выступающих естественным регулятором приступов.

«Нам удалось создать математическую модель ансамбля нейронов, которая максимально точно воспроизводит поведение мозга в состоянии эпилептического припадка. Более того, тонкая настройка модели позволила добиться совпадения статистики появления припадков с данными, наблюдаемыми у лабораторных животных с эпилепсией. Это окончательно доказало ключевую роль астроцитов в процессах развития и, самое главное, в прекращении эпилептических припадков. В дальнейшем мы планируем верифицировать полученные результаты на клинических данных разных эпилептиформных патологий, а затем на этой основе разработать систему поддержки принятия врачебных решений, которая позволит предсказывать возникновение патологической активности»,— рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Сусанна Гордлеева, доктор физико-математических наук, руководитель центра нейроморфных вычислений Университета «НЕЙМАРК», директор НИИ нейронаук Нижегородского государственного университета имени Н.И. Лобачевского.

«То, что еще вчера было фантастикой, сегодня становится реальностью благодаря нашим ученым. Новое исследование — яркий пример того, как нижегородская наука способна влиять на будущее людей. Мы гордимся, что именно в нашем регионе, на стыке передовых исследований Университета «НЕЙМАРК» и фундаментальных традиций Университета Лобачевского рождаются проекты такого уровня», — отметил губернатор Нижегородской области Глеб Никитин.