В рамках междисциплинарного исследования, проведенного исследователями UB, был разработан новый экспериментальный инструмент, который позволяет наносить очаговые повреждения на нейронную сеть in vitro длиной всего несколько миллиметров и регистрировать эволюцию всей сети. Цель состоит в том, чтобы понять механизмы реагирования, которые имеют место в нейронных цепях мозга и которые предотвращают полное распространение повреждения, в то время как они восстанавливают функциональность затронутых цепей. Одним из основных выводов является то, что сеть быстро активирует механизмы саморегулирования, которые усиливают существующие соединения и восстанавливают функциональность схемы.
Исследование, проведенное Джорди Сориано, научным сотрудником Института сложных систем UB (UBICS), было создано в рамках междисциплинарного сотрудничества между UBICS, Институтом нейронаук UB (UBNeuro), Институтом фотонных наук (ICFO). и Университет Ровира и Вирджили.
Исследование, опубликованное в журнале eNEURO , “показывает большую способность нейронных сетей к саморегуляции и самомодуляции для реагирования на внезапные изменения или серьезные изменения; это также хороший пример важности моделирования нейронных сетей как комплекса система, где целое богаче, чем сумма его частей “, отмечает Сориано.
Мозг и в целом биологические нейронные сети имеют механизмы реагирования на потерю нейронов, вызванную повреждением или заболеванием. Например, при инсульте потеря кровоснабжения приводит к гибели очаговой группы нейронов и изменению функции поврежденных нейронных цепей, что в то же время изменяет функцию соседних цепей, потенциально вызывая лавину ухудшения , Понимание того, как эти механизмы работают на сетевом уровне, является сложным 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 зафиксировали активность всей нейронной сети, чтобы установить их характерную функциональность. Затем они использовали мощный лазер для удаления группы нейронов, а затем снова записали сеть, чтобы отслеживать ее развитие с течением времени.
Исследователи увидели, что ближайшая группа нейронов к пораженной области сразу теряет активность, но постепенно восстанавливает активность благодаря действию всей сети. «Удивительно, но всего за пятнадцать минут эта группа достигает уровней активности, аналогичных уровням до того, как был нанесен ущерб, несмотря на то, что она потеряла значительное количество импульсов из пораженной области», – говорит Сориано. «Поскольку пятнадцати минут недостаточно, – продолжает исследователь, – чтобы установить новые соединения, мы заключаем, что сеть действует путем усиления существующих соединений, перенаправляя поток нейронных стимулов к соседям в пораженной области, предотвращая их ухудшение» и, следовательно, прогрессирующий крах 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, для разработки модели нейрональных культур для копирования структуры и динамики областей мозга, что позволяет исследованиям изучаться в контролируемом Способ действия лекарств и генетической терапии для лечения нейродегенеративных заболеваний.