Междисциплинарное исследование под руководством исследователей UB разработало новый экспериментальный инструмент, который позволяет наносить локализованное повреждение на нейронную сеть in vitro размером всего несколько миллиметров и регистрировать эволюцию всей сети. Цель состоит в том, чтобы понять механизмы реакции, которые происходят в нейронных цепях мозга и которые предотвращают полное распространение повреждения, восстанавливая функциональность пораженных цепей. Одним из основных выводов является то, что сеть быстро активирует механизмы саморегулирования, которые укрепляют существующие связи и восстанавливают функциональность схемы.
Исследование, возглавляемое Жорди Сориано, научным сотрудником Института сложных систем UB (UBICS), проводится в рамках междисциплинарного сотрудничества между UBICS, Институтом неврологии UB (UBNeuro), Институтом фотонных наук (ICFO). и Университет Ровира и Вирджили.
Исследование, опубликованное в журнале eNEURO, "показывает большую способность нейронных сетей к саморегулированию и самомодулированию, чтобы реагировать на внезапные изменения или серьезные изменения; это также хороший пример важности моделирования нейронных сетей как сложной системы, в которой целое богаче суммы его частей," ноты Сориано.
Мозг и в целом биологические нейронные сети имеют механизмы ответа на потерю нейронов, вызванную повреждением или болезнью. При инсульте, например, потеря кровоснабжения вызывает смерть фокальной группы нейронов и изменение функции поврежденных нейронных цепей, что, в то же время, изменяет функцию соседних цепей, потенциально вызывая лавину разрушения. Понимание того, как эти механизмы работают на сетевом уровне, сложно из-за огромного размера мозга и внутренней сложности детального мониторинга эволюции большого количества нейронов до и после повреждения. Эта трудность может быть решена путем разработки моделей in vitro, таких как модель, предложенная исследователями.
В экспериментах исследователи регистрировали активность всей нейронной сети, чтобы установить их характерную функциональность. Затем они использовали мощный лазер, чтобы удалить группу нейронов, а затем снова записали сеть, чтобы отслеживать ее развитие с течением времени.
Исследователи увидели, что группа нейронов, ближайшая к пораженному участку, немедленно теряет активность, но постепенно восстанавливает активность благодаря действию всей сети. "Удивительно, но всего за пятнадцать минут эта группа достигает уровней активности, аналогичных тем, которые были до того, как произошло повреждение, несмотря на то, что они потеряли значительное количество импульсов из пораженной области," говорит Сориано. "Поскольку пятнадцати минут недостаточно – продолжает исследователь – для установления новых соединений, мы заключаем, что сеть действует, укрепляя существующие связи, перенаправляя поток нейронных стимулов к соседям пораженной области, предотвращая их ухудшение. и, следовательно, прогрессирующий коллапс сети."
Кроме того, исследование подчеркивает важность моделей in vitro как дополнительного инструмента для понимания сложности мозга и его изменений. В этом контексте исследование является частью европейского проекта MESO-BRAIN, который рассчитывает на участие исследователя UB Джорди Сориано в разработке модельных культур нейронов, копирующих структуру и динамику областей мозга, что позволяет исследователям проводить исследования в контролируемых условиях. способ действия лекарств и генетических методов лечения нейродегенеративных заболеваний.