Исследование команды учёных, в состав которой вошли российские и зарубежные специалисты, поможет разработать лекарства или устройства, которые предотвратят приступы эпилепсии за 7 секунд до их начала. В совокупности с использованием существующих методов (медикаменты или электрическая стимуляция) это даёт возможность предотвратить приступ. Научная статья об этом исследовании вышла в журнале Nature Scientific Reports.
Сотрудники Лаборатории нейронауки и когнитивных технологий Университета Иннополис работали с учёными из Института высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН, Мюнстерского университета, Мадридского политехнического университета и Потсдамского института изучения климатических изменений.
Научная статья «Statistical Properties and Predictability of Extreme Epileptic Events» («Статистические характеристики и предсказуемость эпилептических экстремальных событий») посвящена исследованию эпилепсии в головном мозге крыс с помощью подходов теории экстремальных событий. Экстремальные события — термин, используемый в математике для описания неожиданных аномальных отклонений динамической системы от ее нормального поведения. Подобные экстремальные события часто наблюдаются в живой природе и в повседневной жизни: волны-убийцы в океане, падения на фондовой бирже, транспортный коллапс, аварии в электроэнергетических сетях или, как показали учёные, патологические состояния головного мозга.
«Сегодня большой интерес для междисциплинарного научного сообщества представляют исследования в области экстремальных событий, — рассказывает старший научный сотрудник Лаборатории нейронауки и когнитивных технологий Университета Иннополис Вадим Грубов. — Это обусловлено большой важностью и экономической выгодой, потому что предсказание поможет предотвратить многие катастрофы. Это актуально при подготовке к стихийным бедствиям: цунами, экономическим кризисам, нарушениям транспортного сообщения, обрывам в сети электроснабжения и т.д. Мы выяснили, что неожиданное и быстрое формирование приступов эпилепсии, вызванное синхронизацией большого количества нейронов, демонстрирует динамику, свойственную экстремальным событиям».
По словам учёных Университета Иннополис, эпилепсия — одна из самых распространённых и вызывающих интерес патологий. Выделяется 30 разновидностей эпилепсии, среди которых наиболее сложной для диагностики является абсанс-эпилепсия. Абсанс-эпилепсия — неконвульсивная форма заболевания, она характеризуется спонтанными кратковременными отключениями сознания, из-за чего воспоминание о приступе отсутствует. Несмотря на отсутствие конвульсий, данный тип эпилепсии остаётся крайне опасным, потому что больной теряет контроль над своими действиями и окружающей обстановкой. Сегодня существуют препараты, которые останавливают приступы, но не разработаны способы их предотвращения.
«До недавнего времени считалось, что приступы абсанс-эпилепсии появляются случайно и их предсказание в клинической практике невозможно, по крайней мере за продолжительный промежуток времени. Однако результаты данной работы показывают, что поведение приступов эпилепсии может быть описано в рамках теории экстремальных событий», — объясняет Вадим Грубов.
Так как абанс-эпилепсия встречается и у животных, исследователи изучали проблему на крысах особой линии WAG/Rij, которые имеют врожденную предрасположенность к этому заболеванию. Учёные изучили сигналы электрической активности головного мозга крыс с эпилепсией при помощи аппарата непрерывного вейвлетного анализа и ряда методов статистического анализа. На основе полученных данных научные сотрудники выяснили, что частотно-временной и статистический анализ сигналов электрической активности головного мозга крыс WAG/Rij позволяют предсказать появление экстремального события — приступа абсанс-эпилепсии — за 7 секунд до его начала, что в совокупности с использованием существующих методов (медикаменты или электрическая стимуляция) даёт возможность предотвратить приступ.
Таким образом специалисты Университета Иннополис совместно с коллегами из других вузов первыми в мире описали модель появления приступов. «Мы не первые, кто придумал предсказывать приступы. Работы других исследователей в основном направлены на предсказание приступов без глубокого понимания механизмов их появления. Но никто не пытался объяснить, почему их вообще можно предсказать и какова модель их появления, — добавляет старший научный сотрудник Университета Иннополис. — Обычно для предсказания приступов просто анализируется активность головного мозга, рассчитываются какие-то параметры и по их изменению предсказываются приступы, причем не всегда понятно, что это за параметры и что они отражают. Мы пошли с другой стороны — описали модель появления приступов как экстремальных событий и уже отталкиваясь от этой модели мы знали, какие изменения в активности мозга должны предшествовать эпилептическому приступу».
