Математическая модель эпилепсии: как ученые раскрывают тайны мозга

Модель получила звучное название самоорганизованная бистабильность (SOB). По сути, это виртуальная площадка, где разыгрываются сложные взаимоотношения между нейронами и глиальными клетками — теми самыми астроцитами, которые долго считались просто «поддержкой». Над этой цифровой лабораторией работала международная команда: Александр Храмов (БФУ им. Канта, Россия), Никита Фролов (Левенский католический университет, Бельгия), Дибакар Гош и Мд Саид Анвар (Индийский статистический институт).

За основу взяли классическую для теории синхронизации модель — сеть фазовых осцилляторов Курамото. Но классика не всегда объясняет жизнь. Чтобы учесть тонкое регулирующее влияние астроцитов, ученые усложнили модель, добавив в нее взаимодействия более высокого порядка, где связываются сразу три элемента. Представьте себе не просто диалог двух нейронов, а разговор, в который постоянно вмешивается и направляет его третий участник.

И вот что любопытно: при определенных настройках модель начинает жить своей жизнью. Она спонтанно переключается между хаотичным, несинхронизированным состоянием (условно — здоровый мозг) и состоянием жесткой синхронизации (условно — эпилептический припадок). Прямо как маятник, качающийся между нормой и патологией. Не правда ли, элегантное и немного пугающее объяснение внезапности приступов?

Эпилепсия — лишь один пример. Нарушения этого тонкого баланса между хаосом и порядком в нейронных сетях учёные связывают и с болезнью Паркинсона, и с шизофренией, и с расстройствами аутистического спектра. Понимание правил этой игры — первый шаг к тому, чтобы научиться ею управлять.

«Наша модель предлагает свежий взгляд на возможные методы лечения, — поясняет Александр Храмов. — Речь идет о восстановлении естественного баланса активности. Например, это может открыть путь к созданию лекарств, целенаправленно действующих на астроциты, или к более точным методам неинвазивной стимуляции мозга для подавления опасной “синхронности”».

Результаты этой кропотливой работы были опубликованы в авторитетном журнале Physical Review E.