Эпилептические приступы научились предсказывать

Международный коллектив ученых выяснил, как функционирует мозг во время восприятия информации. Результаты исследований помогут предсказать появление эпилепсии и предотвратить ее. Исследование сотрудников Саратовского государственного технического университета имени Ю.А. Гагарина, которые входили в этот коллектив, поддержано грантом Российского научного фонда (РНФ), а его результаты опубликованы в журнале Physical Review E.

Ученые решили понять, как головной мозг функционирует на микро- и макроскопическом уровнях во время того, как человек анализирует информацию. На микроскопическом уровне ученые рассмотрели функционирование единичного или нескольких связанных между собой нейронов, а на макроскопическом – работу нейронной сети (или даже всего мозга) как целостной системы с множеством взаимосвязанных элементов-нейронов.

Получив внешний стимул от органов чувств, часть нейронов начинает генерировать электрические импульсы, которые передаются по нейронной сети в определенную область мозга и используются для того, чтобы принять решение. При этом в процессах восприятия, передачи и обработки поступающей информации участвуют различные группы связанных нейронов, которые условно можно рассматривать как принадлежащие отдельным слоям нейронной сети головного мозга. Такая многослойная нейронная сеть генерирует макроскопический сигнал, регистрируемый при электроэнцефалографии (ЭЭГ).

«В результате проведенных исследований нам впервые удалось показать, как при регистрации лишь макроскопических характеристик головного мозга можно сделать математически обоснованные выводы о динамике сети на микроскопическом уровне. В частности, в записях ЭЭГ мозга крысы нам удалось обнаружить переход от нормальной физиологической активности в сторону патологического гиперсинхронного поведения, которое соответствует возникновению эпилептического припадка. Подобная динамика нейронной структуры характеризуется ситуацией, когда все нейроны внезапно начинают вести себя практически одинаково», — рассказал руководитель проекта РНФ Александр Писарчик, кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник Саратовского государственного технического университета имени Ю.А. Гагарина.

Авторы провели эксперименты по регистрации данных ЭЭГ и МЭГ и их последующий математический анализ. За несколько секунд до начала припадка ученые зарегистрировали широкочастотную макроскопическую активность коры и таламуса головного мозга. Такое поведение на микроскопическом уровне соответствует спонтанной активности нейронных клеток. В начале припадка, наоборот, клетки коры и таламуса начинают проявлять коррелированную активность, что приводит к возникновению регулярно повторяющихся характерных паттернов (формы импульсов схем) в записях ЭЭГ. Таким образом, эпилептический приступ можно диагностировать еще за несколько секунд до его начала по наличию таких паттернов в макроскопических данных ЭЭГ.

«Полученные научные результаты позволили выявить динамический механизм возникновения патологических нейрофизиологических состояний, таких как эпилепсия, и, что более важно, предсказать эти состояния, что дает возможность предотвратить их», — заключил ученый.

Работа проходила в сотрудничестве с учеными из Саратовского национального исследовательского государственного университета имени Н.Г. Чернышевского, итальянского посольства в Тель-Авиве, Университета Неймегена (Нидерланды), Вестфальского университета имени Вильгельма (Германия) и из CNR-Института сложных систем (Италия).

Подписывайтесь на Indicator.Ru в соцсетях: Facebook, ВКонтакте, Twitter, Telegram, Одноклассники.