Текущий выпуск Номер 2, 2026 Том 18

Все выпуски

[ Switch to English ]

Паттерны возбуждения в сетях тормозных и возбуждающих нейронов в модели нейроглиоваскулярной единицы

Лагоша С.В., Вервейко Д.В., Лукин П.О., Браже А.Р., Верисокин А.Ю.
 pdf (1745K)

Многочисленные современные исследования подтверждают, что нейроны, астроциты и кровеносные сосуды функционируют как единая динамическая система. В связи с этим в последние годы возникла и набирает все большую популярность концепция целостной нейроглиоваскулярной единицы (НГВЕ), включающей в себя данные компоненты. Согласно концепции нормальное функционирование мозга связано с широким комплексом взаимодействий между элементами НГВЕ, нарушение связей между которыми может служить причиной возникновения различных нейропатологий. Понимание процессов, протекающих внутри одной НГВЕ, а также организации связей между различными единицами является необходимым условием для успешной диагностики и терапии нейропатологий.

В работе построена модель НГВЕ, которая впервые объединяет детальное описание функционирования сетей синаптически связанных возбуждающих и тормозных нейронов (с учетом баланса возбуждения/торможения), динамику внеклеточной среды (калий, глутамат, ГАМК) и астроцитарную активность, модулируемую норадреналином, с последующей регуляцией локального кровотока.

Ключевой концептуальной особенностью модели является интеграция разномасштабных процессов — от ионной динамики на уровне отдельного нейрона Ходжкина – Хаксли до диффузии веществ в масштабе сети из 100 НГВЕ — в единую систему связанных нелинейных дифференциальных уравнений. Это позволило исследовать коллективную динамику ансамбля и выявить новые режимы его функционирования.

В результате численных экспериментов установлено, что динамика внеклеточного калия и положительная обратная связь играют определяющую роль в формировании устойчивых пространственных структур возбуждения. Показано, что при локальной стимуляции активность ограничена за счет диффузионного оттока калия, в то время как надкритическое возбуждение инициирует самоподдерживающиеся автоволновые режимы, стабилизация которых приводит к формированию пространственных паттернов, морфологически схожих со структурами Тьюринга. Такие структуры, характеризующиеся чередованием зон высокой и низкой активности, не зависят от конкретных начальных условий, но чувствительны к вариациям параметров, что указывает на функционирование системы в режиме динамической неустойчивости (хаоса), согласующемся с концепцией самоорганизованной критичности мозга в физиологической норме. Модель успешно воспроизводит экспериментально наблюдаемые явления, включая бёрстинг и чувствительность к внеклеточному калию. Полученные результаты открывают новые перспективы для анализа патофизиологических механизмов работы мозга.

Ключевые слова: нейроглиоваскулярная единица, синаптическая активность, астроциты, нейроны, нейромодуляторы, глутамат, гамма-аминомасляная кислота, норадреналин, кровоток
Цитата: Лагоша С.В., Вервейко Д.В., Лукин П.О., Браже А.Р., Верисокин А.Ю. Паттерны возбуждения в сетях тормозных и возбуждающих нейронов в модели нейроглиоваскулярной единицы // Компьютерные исследования и моделирование, 2026, т. 18, № 2, с. 439-461
Citation in English: Lagosha S.V., Verveyko D.V., Lukin P.O., Brazhe A.R., Verisokin A.Yu. Excitation patterns in the networks of inhibitory and excitatory neurons in the model of the neuroglial-vascular unit // Computer Research and Modeling, 2026, vol. 18, no. 2, pp. 439-461
DOI: 10.20537/2076-7633-2026-18-2-439-461
URL: http://crm.ics.org.ru/journal/article/3717/
Creative Commons License Статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution-NoDerivs 3.0 Unported License.

Copyright © 2026 Лагоша С.В., Вервейко Д.В., Лукин П.О., Браже А.Р., Верисокин А.Ю.

Журнал индексируется в Scopus

Полнотекстовая версия журнала доступна также на сайте научной электронной библиотеки eLIBRARY.RU

Журнал входит в систему  Российского индекса научного цитирования.

Журнал включен в базу данных Russian Science Citation Index (RSCI) на платформе Web of Science

Международная Междисциплинарная Конференция "Математика. Компьютер. Образование"

Международная Междисциплинарная Конференция МАТЕМАТИКА. КОМПЬЮТЕР. ОБРАЗОВАНИЕ.

Website Copyright © 2009–2026 Институт компьютерных исследований