Биология

Новая модель показала сложную активность нейронов

Новая модель показала сложную активность нейронов

Oleksiy Maksymenko/Global Look Press

Российские ученые исследовали сложный режим поведения нервных клеток с помощью новой математической модели, в которой учитываются случайные внешние воздействия на нейроны. Результаты исследования и предложенная модель могут быть полезны для более точных предсказаний реакции нейронов на разнообразные стимулы, в том числе на лекарственные препараты. Работа ученых из Уральского федерального университета имени первого Президента России Б.Н. Ельцина (УрФУ) поддержано грантом РНФ и опубликовано в журнале Physical Review E.

«Наш проект посвящен анализу биологических систем, выраженных на математическом языке. Мы изучили и представили в виде математической модели то, как разные случайные воздействия меняют поведение нейронов», — рассказал доктор физико-математических наук Лев Ряшко, один из авторов исследования, руководитель гранта РНФ, профессор УрФУ.

Компьютерная модель сложного колебательного режима нейронной активности

Компьютерная модель сложного колебательного режима нейронной активности

Лев Ряшко

Авторы работы изобрели новый метод 3D-моделирования и использовали его, чтобы описать неизвестный ранее сложный ритм возбуждения нейронов, который возникает при воздействии случайных факторов. В современных исследованиях по математическому моделированию нейронной динамики случайные факторы зачастую не принимаются в расчет. Поэтому на практике такие модели оказываются нерабочими и плохо предсказывают поведение нейронов.

«Студентам я всегда привожу такой пример: вы видите на экране телевизора зайца, из-за случайных воздействий может появиться рябь, "белый шум", и картинка станет размытой. Вам будет плохо видно, какое у зайца выражение глаз, какие уши. Но при определенных влияниях и изменениях заяц вообще может превратиться в волка, а это уже качественно новая картинка. То же самое происходит и с нейронами. Так, например, даже малое случайное воздействие на нейрон, находящийся в состоянии покоя, может привести к резкому всплеску его активности, причем в сложной колебательной форме. Именно это наша модель и описывает», — объяснил Ряшко.

Поскольку нейроны находятся в неизолированной системе, на их активность влияет большое число факторов, в том числе температурные колебания, электромагнитные поля, излучение, например, от работающей микроволновой печи.

Результаты случайных воздействий на нейрон

Результаты случайных воздействий на нейрон

Лев Ряшко

По словам ученых, результаты исследования и предложенная математическая модель будут особо полезны при изучении и лечении болезней и расстройств нервной системы, а также в области психологии и психиатрии. Так, например, понимание тонких механизмов влияния случайных воздействий на нейроны поможет создать новые, более эффективные препараты для лечения нейродегенеративных заболеваний, в том числе болезни Альцгеймера, Паркинсона, расстройств памяти и других заболеваний, затрагивающих широкие слои населения.

Пресс-релизы о научных исследованиях, информацию о последних вышедших научных статьях и анонсы конференций, а также данные о выигранных грантах и премиях присылайте на адрес science@indicator.ru.