Исследователи обнаружили, что эпилептическая активность распространяется по-новому

Данные серии экспериментов и компьютерного моделирования убедительно свидетельствуют о том, что отдельные клетки в части мозга, известной как гиппокамп, используют небольшое электрическое поле для стимуляции и синхронизации соседних клеток, распределяя активность слой за слоем.На этой неделе ученые сообщают об открытии в Journal of Neuroscience.«Мы знаем, что нейроны могут общаться друг с другом несколькими способами: химическая и электрическая синаптическая передача и диффузия ионов», — сказал Доминик Дюран, профессор биомедицинской инженерии в Case Western Reserve и старший автор исследования. «Но это показывает новый механизм.

Нейроны общаются друг с другом, клетка к клетке, используя электрические поля, распространяя волну активности».Дюран работал с аспирантами Центра нейроинженерии Case Western Reserve: Минмин Чжан, Чен Цю, Раджат Дж. Шривачаран и Томас П. Ладас; и старший научный сотрудник Луис Э. Гонсалес-Рейес, чтобы исследовать, как эпилептические припадки начинаются и распространяются в головном мозге.

Они вставили 64-канальную матрицу микроэлектродов в развернутый гиппокамп модели мыши, чтобы контролировать ее активность. Затем они ввели в гиппокамп, который, как известно, вовлечен в наиболее распространенную форму эпилепсии, лекарство, сделавшее гиппокамп эпилептическим.

Они блокировали химические синапсы от передачи сигналов между нейронами, снижая концентрацию ионов кальция ниже уровня, обычно участвующего в передаче сигналов.

Затем они заблокировали так называемые «щелевые соединения», которые электрически передают сигналы через синапсы, путем инъекции противомалярийного препарата мефлохина, который, как известно, препятствует этому процессу.Их тесты показали, что эпилептическая активность продолжала распространяться со скоростью около 0,1 метра в секунду с синаптической передачей или без нее.Скорость распространения устранила третий известный путь распространения эпилепсии — передачу сигналов путем диффузии ионов натрия и калия через мембраны клеток мозга. Распространение слишком медленное, чтобы быть методом передачи.

Исследователям остался четвертый известный способ взаимодействия нейронов: электрические поля. Когда группа ячеек срабатывает вместе, они могут генерировать токи и электрические поля, которые могут быть достаточно большими, чтобы возбудить их соседей.Компьютерное моделирование с большим набором нейронов подтвердило, что слабое электрическое поле само по себе может распространять эпилептические сигналы со скоростью, соответствующей их экспериментальным результатам. Компьютерная модель также предсказала, что скорость передачи сигнала будет меняться в зависимости от расстояния между нейронами.

Исследователи подтвердили предсказание, введя наркотики, которые увеличивают или уменьшают пространство между клетками.

Чем ближе ячейки, тем быстрее передача. Чем дальше клетки, тем медленнее передача, пока — на определенном расстоянии — сигнал не перестанет распространяться.

В течение некоторого времени врачи использовали диуретики для лечения некоторых видов эпилепсии. Известно, что диуретики удаляют воду из клеток, но их противосудорожные свойства неизвестны, — сказал Дюран.По его словам, когда вода удаляется из клеток и попадает во внеклеточное пространство, она увеличивает пространство между клетками и может выталкивать их за пределы досягаемости слабого электрического поля.Исследователи говорят, что это открытие не умаляет важности синаптической передачи при эпилепсии, но указывает на другой механизм синхронизации и распространения.

Но «это открытие имеет значение для эпилепсии», — сказал Дюран. «Если клетки в возбужденном состоянии могут разговаривать друг с другом или влиять друг на друга, они могут синхронизироваться с состоянием, похожим на приступ, распространяться к соседям, тем самым вызывая полномасштабный захват».Электрические поля и процесс синхронизации и распространения могут быть новыми мишенями для лекарств или других методов лечения, чтобы предотвратить или ограничить судороги.

В настоящее время исследователи изучают способ напрямую проверить влияние электрического поля на возникновение и распространение приступов.


Новости со всего мира