КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

---

Номер 22-15-00236

НазваниеСистемный анализ паттернов распространяющейся деполяризации в коре головного мозга: клеточные и сетевые механизмы и электрофизиологические критерии диагностики

РуководительЗахаров Андрей Викторович, Кандидат биологических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Казанский (Приволжский) федеральный университет", Республика Татарстан (Татарстан)

Период выполнения при поддержке РНФ

2022 г. - 2024 г.

Конкурс№68 - Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами».

Область знания, основной код классификатора 05 - Фундаментальные исследования для медицины, 05-106 - Нейробиология

Ключевые словаРаспространяющаяся депрессия, распространяющаяся деполяризация, нейрональные сети, кора головного мозга, пэтч-кламп, эпилепсия, ишемия, мембранный потенциал, потенциал действия, локальный полевой потенциал, осцилляции

Код ГРНТИ34.39.17, 76.03.53

---

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

---

Аннотация
Медленные волны Распространяющейся Деполяризации (РД, Spreading Depolarization) и сопровождающей их депрессии электрической активности мозга играют ключевую роль в патогенезе таких значимых патологий нервной системы, как ишемическое и травматическое поражение головного мозга, эпилепсия и мигрень, а также являются важными электрофизиологическими маркероми развития патологических процессов в коре головного мозга при этих заболеваниях. Считается, что в основе РД лежит практически полная потеря нейронами и глиальными клетками мембранного потенциала, что приводит к подавлению электрической активности нейронов и нейрональных сетей вследствие деполяризационного блока потенциалов действия (ПД), и, как результат, к подавлению ЭЭГ и электрокортикографической (ЭКоГ) активности, регистрируемой от поверхности коры головного мозга. Наряду с подавлением электрической активности коры в традиционном для ЭЭГ диапазоне частот (0.5-45 Гц), наиболее патогномоничным нейрофизиологическим проявлением РД является медленный и высокоамплитудный негативный сдвиг внеклеточного потенциала (DC-сдвиг), адекватная детекция которого требует применения методик регистрации электрических сигналов в полном (Direct Current Coupled, от 0 Гц) частотном диапазоне. Несмотря на значительный прогресс в понимании механизмов генерации РД и их роли в патогенезе широкого спектра заболеваний ЦНС, проблема распространения волн РД по коре головного мозга и связанных с РД нарушений в активности кортикальных нейрональных сетей во многом остаётся малоизученной. В первую очередь это связано с тем, что для исследования РД в основном используются методики регистрации электрических сигналов и нейроимаджинга от поверхности коры в её горизонтальном, двухмерном пространстве. Однако, кора головного мозга имеет сложную многослойную структуру и для адекватного описания процессов, происходящих в коре во время развития РД, необходимо использование методик, позволяющих регистрацию активности во всех слоях коры. Во-вторых, РД охватывает широкий спектр паттернов, значительно отличающихся между собой по своей организации как в горизонтальном, так и вертикальном измерениях. Так, например, РД могут распространяться в горизонтальной плоскости на различные расстояния и обладают «тропизмом» к определенным участкам коры (в том числе к соматосенсорной и зрительной коре), в то время как в другие участки коры (например, в ретроспленальную кору) волны РД не распространяются. В вертикальном пространстве РД также могут различаться по глубине своего распространения и варьируют между «полными» формами РД, проводящимися по всем слоям коры, и «частичными» формами РД, распространяющимися лишь на ограниченные по глубине участки. Очевидно, что различные фенотипы РД могут сопровождаться специфическими изменениями в активности нейрональной сети в различных слоях коры, но этот вопрос также остаётся малоизученным. В третьих, свойства как самой РД, так и базовой активности коры, могут значительно различаться в зависимости от основной патологии, приводящей к возникновению РД (ишемии, травмы головного мозга, мигрени, эпилепсии). Наконец, актуальным практическим аспектом данной проблемы является то, что, согласно современным рекомендациям, квалификационным диагностическим критерием РД в клинических условиях при ЭКоГ регистрациях является сочетание двух явлений: (1) медленного сдвига DC-потенциала и (2) подавления ЭЭГ-активности в диапазоне частот 0.5-45 Гц. Однако, как отмечено выше, электрические сигналы на поверхности мозга являются своего рода верхушкой айсберга и лишь частично, и не всегда достоверно, отражают процессы, происходящие в расположенных под электродами участках коры головного мозга. В связи с этим возникает клинически актуальный вопрос о том, какие специфические изменения в сигналах, регистрируемых от поверхности коры, сопровождают различные паттерны РД, и можно ли по этим изменениям достоверно судить о патофизиологических процессах, происходящих в соответствующем многослойном участке коры? Настоящий проект направлен на исследование проблемы распространения волн РД в трёхмерном пространстве коры головного мозга и связанных с РД нарушений в активности кортикальных нейрональных сетей с учётом разнообразия РД-паттернов. Наша основная рабочая гипотеза состоит в том, что изменения активности нейрональных сетей во время РД могут варьировать в широком диапазоне от полной депрессии (что соответствует классическими представлениями о РД) до потенциации (что формально противоречит классическим представлениям), причём знак и степень изменений в нейрональной активности значительно различаются в различных слоях коры и прямо зависят от паттерна вертикального распространения РД по глубине коры. Эта гипотеза подкреплена солидным набором предварительных результатов, полученных в различных моделях РД, и, в случае её доказательства, будут кардинально изменены классические представления о РД как бинарном процессе, сопровождаемом депрессией активности, и будет предложена новая модель, в которой РД нужно будет рассматривать как широкий спектр событий, которые сопровождаются разнообразными (от депрессии до потенциации) изменениями активности в различных слоях коры и на её поверхности, а также будут вскрыты клеточные и сетевые механизмы, лежащие в основе этих изменений.

Ожидаемые результаты
В настоящем проекте будут исследованы прастранственно-временные характеристики изменений активности нейрональных сетей в различных слоях коры головного мозга крыс в различных моделях РД, в том числе (1) в «калиевой» модели РД; (2) во время РД, возникающих при фокальной ишемии головного мозга, вызываемой локальной аппликацией вазоконстрикотора эндотелина-1, а также (3) во время РД, возникающих в модели фокальной эпилептической активности, вызываемой локальной инъекцией в кору 4-аминопиридина и во флюротиловой модели генерализованной эпилепсии. Для решения этих задач будет использован комплексный подход для регистрации электрической активности от поверхности коры с помощью ЭКоГ матриц электродов, внеклеточной регистрации активности (локальных потенциалов и потенциалов действия нейронов) от различных слоёв коры головного мозга с использованием многоканальных электродов на кремниевой основе с реконструкцией плотности источников тока и декомпозиции диполей, пэтч-кламп регистрации нейронов в различных слоях коры, и нейроимаджинг горизонтального распространения волн РД с использованием регистрации внутренних оптических сигналов (ВОС). Полученные результаты будут иметь важное значение как для понимания фундаментальных механизмов РД и сопровождающих РД изменений в активности коры головного мозга, так и для рациональной интерпретации ЭЭГ/ЭКоГ сигналов как нейрофизиологических маркеров РД в клинических условиях.

---

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

---