Новый метод выявления причинно-следственных связей в мозге: от нейронов к пониманию заболеваний
Ученые Токийского университета науки представили инновационный метод, позволяющий напрямую определять взаимосвязи между нейронами на основе их электрической активности. Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Review E (PRE).
Мозг, состоящий из миллиардов нейронов, функционирует посредством коротких электрических импульсов – «спаек». Эти сигналы, как правило, хаотичны и нерегулярны, что представляет огромную сложность для установления причинно-следственных связей между нейронами. Часто, «всплески» происходят случайно, создавая иллюзию влияния.
Команда под руководством Кадзуи Савады разработала модификацию метода сходимого перекрестного отображения (СПО), который ранее использовался для анализа сложных систем. В новой разработке исследователи сосредоточились не на отдельных моментах «спаек», а на интервалах между ними. Этот подход трансформировал разрозненные события в более удобные для анализа последовательности. Ключевым элементом стало создание способа согласования временных рядов активности разных нейронов, что позволило сравнивать их динамику.
Проверка метода на математических моделях продемонстрировала его способность корректно выявлять направление связей между нейронами даже при наличии шума, имитирующего естественную «непредсказуемость» мозга. Данный метод не просто описывает активность нейронов, а выявляет реальные связи.
По словам Савады, эта новая техника позволит не только создавать более точные карты связей в мозге, но и лучше понимать механизмы, лежащие в основе различных нарушений его работы – от эпилепсии и шизофрении до биполярного расстройства. В перспективе, это может привести к разработке новых методов диагностики и лечения.
Важно отметить, что на данный момент метод протестирован на небольших сетях из двух-трех нейронов. Следующим шагом является масштабирование технологии для анализа более крупных и сложных систем, приближенных к реальным мозговым цепям.
