24 апреля 2023, 21:00

Новая матмодель поможет объяснить когнитивные нарушения при постковиде

Нейробиология
Математическое моделирование

Ученые кафедры нейротехнологий Института биологии и биомедицины (ИББМ) ННГУ имени Н.И. Лобачевского предложили модель нарушения памяти при постковидном синдроме. По их версии, дело в нарушении когерентности работы нейронных сетей мозга из-за поражения астроцитов коронавирусом. 

Новая матмодель поможет объяснить когнитивные нарушения при постковиде
Слева: Схематическое изображение сети и схематическое изображение астроцитарной модуляции синаптического тока. Справа: Схема последовательности влияний и взаимодействий в трехстороннем синапсе: 1 - вход от нейронной сети к пресинаптической терминали, 2 - высвобождение нейромедиатора, 3 - диффузия нейромедиатора и связывание с рецепторами на мембране астроцита, 4 - высвобождение глиомедиатора из астроцита и его влияние на пресинаптическую терминаль через изменение вероятности высвобождения нейромедиатора.

Синхронизация активности нейронов приводит к появлению электрических импульсов, которые также называются мозговыми волнами. Под действием множества факторов, например влияния особых регуляторных веществ, изменения свойств клеточных мембран и прочего, эти ритмические колебания разрядов могут перестраиваться. Подобные процессы лежат в основе важнейших функций головного мозга, в том числе когнитивных, — именно поэтому их нарушение может быть связано с разнообразными патологиями.

Так, коронавирусная инфекция опасна не только сама по себе, но и тем, что после выздоровления пациенты сталкиваются с постковидным синдромом. Под ним понимают множество не объясняемых другими заболеваниями симптомов, среди которых и неврологические нарушения (спутанность сознания, ухудшение памяти, тревожность и так далее). COVID-19 вызывает нарушения метаболизма в мозге, в том числе снижение синтеза глутамата и гамма-аминомасляной кислоты, что может приводить к драматическому изменению ритмов мозга.

Исследователи ИББМ ННГУ предположили, что нарушение когнитивных функций мозга происходит вследствие инфицирования «вспомогательных» глиальных клеток — астроцитов, участвующих в формировании ритмов мозга, — что и приводит к нарушениям метаболизма и синтеза глутамата. Гипотезу ученых подтвердила разработанная ими математическая модель нейронной сети с генерацией квазисинхронных ритмических разрядов, опосредованных активностью глиальных клеток.

«Модель предсказала, что нарушение когерентности нейронной сети при нарушении функций инфицированных астроцитов может быть перемежающейся с интервалами нормальной ритмичности или полным отсутствием синхронизации», — сообщил доцент кафедры нейротехнологий ИББМ ННГУ, кандидат физико-математических наук Сергей Стасенко.

В модели учитывается активация астроцитов в зависимости от уровня возбуждения нейронов и обратной связи между астроцитами. Последняя основана на высвобождении глутамата, которое способствует групповому возбуждению нейронов на «попечении» астроцитов. Также авторы учитывали, что чем выше была вирусная нагрузка, тем сильнее нарушения метаболизма, а значит, и меньше синхронизация активности нейронов.

«Повышенная тревожность и нарушения памяти остаются наиболее тяжелыми последствиями заражения вирусом SARS-CoV-2. Надеемся, что разработанная нами модель и полученные результаты смогут прояснить процессы, происходящие в организме после перенесенной инфекции COVID-19, в частности, связанные с нарушением памяти при постковидном синдроме», — подчеркнул Сергей Стасенко.

Источник:  Нейроновости

Публикации из новости

Читайте также

Тяжелое течение COVID-19 мешает астроцитам работать синхронно
Это удалось выяснить при помощи математической модели, имитирующей работу нейронных сетей головного мозга у больных
Вирусология
Математическое моделирование
Нейробиология
Нейросети
10 июля 2023
Математическая модель ускорит проектирование теплозащиты космических аппаратов
Российские ученые разработали математическую модель, описывающую поведение разреженных газов и плазмы вблизи поверхности твердого тела. Эта модель поможет при проектировании космических аппаратов и микроустройств, используемых, например, в электронике.
Инженерия
Космос
Математическое моделирование
10 сентября 2023
Учёные разработали модель растворителей для магний-ионных аккумуляторов
Физики из МФТИ и ОИВТ РАН показали, как корректно рассчитывать эффективность аккумуляторов из новых материалов методом компьютерного моделирования. Они предложили теоретическую модель взаимодействия проводящих ионов с окружающим растворителем и электродом. Методику можно использовать для поиска оптимальных растворителей и точного расчета характеристик аккумуляторов.
Квантовая химия
Математическое моделирование
Электрохимия
31 августа 2023
Матмодель сделает авто- и авиатренажеры точнее и быстрее
Адаптивная цифровая система управления повысит реалистичность симуляции и поможет уберечь устройства от поломок из-за перегрузок
Математическое моделирование
Машиноведение
Управление
9 августа 2023
Среда по-разному влияет на механизмы памяти и обучения у самок и самцов крыс
Игрушки, общение с сородичами и частая смена обстановки вызвали у самок рост количества незрелых стволовых клеток в гиппокампе и уровня биомаркеров нейрогенеза. У самцов эффект был не столь заметен
Нейробиология
Физиология
Этология
27 июля 2023
Новая модель описала процесс создания дугового разряда в аргоне и гелии
Она также подробно описывает процесс «рождения» в газовой плазме частиц углерода, из которых в дальнейшем собираются применяемые в медицине и электронике наноматериалы
Математическое моделирование
Нанотехнологии
Углеродные материалы
25 июля 2023