Время чтения: 5 минут
Российские ученые исследовали изменения, происходящие в коре височной доли мозга при продолжительных эпилептических припадках. Несмотря на сложное взаимодействие нейронных сигналов, биологи вместе с физиками смогли построить их математическую модель и выявить ключевой фактор, который отвечает за развитие припадка. Исследования поддержаны грантом Российского научного фонда (РНФ). Статья ученых опубликована в Frontiers in Cellular Neuroscience.
При эпилепсии у человека происходят приступы судорог. Особенно опасно состояние, когда такие припадки следуют один за другим (врачи называют его эпистатус). Это происходит из-за того, что нейроны головного мозга чрезмерно возбуждаются. Что поддерживает это возбуждение, остается непонятным.
В новой работе исследователи изучили сигнальные процессы, которые происходят в коре височной доли до и после судороги. Эта область мозга выбрана неслучайно: с ней тесно связано возникновение эпилепсии. Свои исследования ученые провели на срезе мозга крысы, помещенного в особый проэпилептический раствор, который имитирует судороги в тканях мозга больного. Чтобы изучить возбудимость нейронов, ученые проанализировали токи, возникающие в клетках при стимуляции электричеством, до и после 15-минутного эпистатуса.
«Нейроны посылают друг другу сигналы, которые в зависимости от типа целевого рецептора на принимающей оболочке клетки могут быть возбуждающими или тормозящими. Например, к первым относятся те, что реагируют на глутамат и его аналоги, ко вторым – чувствительные к гамма-аминомасляной кислоте (ГАМК) — комментирует один из авторов работы, сотрудник Физико-технического института имени А.Ф. Иоффе РАН и Института эволюционной физиологии и биохимии имени И.М. Сеченова РАН Антон Чижов. — При изучении любого процесса сложность представляет то, что на нейрон действует сразу несколько сигналов, и порой очень сложно оценить вклад каждого из них».
В экспериментах ученые рассмотрели, как аминокислоты действуют на рецепторы всех основных типов (АМПА, НМДА и ГАМК). Оказалось, что каждый из этих компонентов сигнала после эпилептических электрических разрядов становится сильнее и дольше. Чтобы разобраться в том, как это происходит, ученые создали математическую модель системы взаимодействующих нервных клеток. Она указала на то, что кроме прямых последствий действия проэпилептического раствора в сети нейронов существенно меняется только проводимость АМПА-рецепторов. А уже изменение этой проводимости приводит к более сильному возбуждению всех нейронов и более сильным сигналам, регистрируемым на одной нервной клетке.
«Дальнейшие исследования показали, что это механизм синаптической пластичности со встраиванием в мембраны клеток новых кальций-проницаемых АМПА-рецепторов. В нормальных условиях такой процесс в мозге связан с памятью и обучением, однако в патологических условиях он приводит к увеличению возбудимости на десятки минут. Из-за этого повышается риск возникновения нового судорожного разряда, что может привести к закреплению патологии. В некотором смысле получается горе от ума. Тем не менее, знание о том, что встраивание кальций-проницаемых АМПА-рецепторов приводит к закреплению судорожной активности, может оказаться полезным для разработки новых противоэпилептических препаратов», — заключает ученый.
Работа была проделана в Институте эволюционной физиологии и биохимии имени И.М. Сеченова РАН.