Исследователи НИЛ «Нейрофизиология» Института фундаментальной медицины и биологии Казанского федерального университета совместно с коллегами из Франции, Германии и Испании изучили механизмы происходящих в мозге процессов, которые свидетельствуют о начале патологических изменений во время волн распространяющейся деполяризации. Было установлено, что эти процессы гораздо сложнее, чем считалось ранее.

Полученные в ходе экспериментов данные представлены в опубликованной в журнале Nature Communications статье. Они позволят усовершенствовать методы диагностики патологических состояний мозга.

«Мы проводили исследования в созданной в 2011 году на средства Мегагранта Правительства Российской Федерации лаборатории в рамках проекта, поддержанного грантом Российского научного фонда. Проект направлен на изучение распространяющейся деполяризации – проходящей по коре головного мозга медленной волны, которая характеризуется кратковременной вспышкой, а затем длительным подавлением (депрессией) электрической активности мозга. Такая волна возникает при различных патологических состояниях, например, при ишемическом инсульте, эпилепсии, мигрени и черепно-мозговой травме. При мигрени она лежит в основе так называемой зрительной ауры, которая может проявляться в виде мерцающих световых пятен, туннельного зрения и других временных визуальных искажений, предшествующих приступам головной боли», – рассказал один из авторов публикации, главный научный сотрудник НИЛ "Нейрофизиология" ИФМиБ КФУ, а также руководитель лаборатории Института нейробиологии Средиземноморья (Марсель, Франция) Рустем Хазипов.

Ученый напомнил, что все клетки организма человека имеют электрический заряд.

«Можно сказать, что каждая клетка нашего организма, в том числе нейроны, – это батарейка. Напряжение составляет 0,1 вольта и называется мембранным потенциалом. Вся работа мозга построена на мембранном потенциале нейронов и его флуктуациях, – пояснил он. – При ишемии мозга происходит потеря мембранного потенциала, потому что необходимых для его поддержания веществ (в первую очередь кислорода) не хватает. В условиях недостатка кислорода нейроны массово деполяризуются, происходит сдвиг потенциала, который регистрируется при электроэнцефалографии».

Международная группа ученых выяснила, как волны распространяющейся деполяризации меняют активность головного мозга.

«Если раньше считалось, что эти волны вызывают распространяющуюся депрессию (подавляют активность мозга), то наши исследования показали, что они могут вызывать как подавление, так и усиление активности», – подчеркнул он.

В КФУ были исследованы механизмы изменений, происходящих во время ишемического инсульта головного мозга на клеточном уровне.  

«Подавление активности мозга в виде волн депрессии всегда сопровождается распространяющейся деполяризацией. Но все ли волны деполяризации сопровождаются депрессией активности мозга? Оказалось, что это правило соблюдается далеко не всегда, – говорит Рустем Нариманович. – В исследованиях на животных, которые проводились в лаборатории "Нейрофизиология" КФУ, было обнаружено, что лишь часть волн деполяризации сопровождается депрессией. В то же время обнаруживались волны деполяризации без значительных изменений активности мозга или даже с ее усилением. Было установлено, что причиной этого разнообразия является то, на какую глубину коры головного мозга распространяются волны деполяризации. В частности, было показано, что волны деполяризации, ограниченные поверхностными слоями коры, сопровождаются лишь частичной деполяризацией нейронов в более глубоких слоях, и эта деполяризация вызывает их длительное возбуждение». 

По словам ученого, результаты, полученные на экспериментальных животных, позволили по-новому взглянуть на электроэнцефалографические данные у пациентов с ишемическим инсультом головного мозга.

«Так же, как и у животных, у пациентов был обнаружен большой спектр изменений активности мозга во время волн деполяризации. Поскольку депрессия активности является одним из критериев при обнаружении волн деполяризации в современных клинических стандартах, новые данные требуют пересмотра широко используемых алгоритмов детекции волн деполяризации», – сказал Р. Хазипов.

Он отметил, что новые научные данные, полученные в ходе исследования, выполнявшегося в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет–2030», позволят осуществлять более качественное обнаружение волн деполяризации, а значит, своевременно принимать меры для помощи пациентам.

«Если захватить начало инсульта и начать фармакологическое воздействие, то можно, во-первых, облегчить его течение, а во-вторых, уменьшить поражение тканей мозга при ишемии. Ранняя детекция волн распространяющейся деполяризации также сможет помочь в предотвращении приступов мигрени», – пояснил он.

По словам нейрофизиолога, эффективно обнаруживать предвестники инсульта и других патологических состояний мозга на существующих электроэнцефалографах невозможно. Поэтому в КФУ создан опытный образец (прототип) аппарата, позволяющего регистрировать, наряду с уже известными, новые параметры электрической активности головного мозга. Скоро его начнут тестировать на животных в лабораториях научных учреждений Москвы и Нижнего Новгорода.