Исследователи Саратовского государственного университета (СГУ) имени Н. Г. Чернышевского выявили, как сила связи между двумя нейронами влияет на их совместную работу. Оказалось, что изменение параметров взаимодействия может перевести нейроны из состояния покоя в режим одиночных или устойчивых автоколебаний — и наоборот. Работа опубликована в научном журнале Chaos.
В исследовании ученые кафедры радиофизики и нелинейной динамики Института физики СГУ провели численное моделирование двух нейронов с использованием классической биофизической модели Ходжкина–Хаксли. Эта модель, учитывающая потоки ионов натрия, калия и других, считается одной из наиболее физиологически точных при описании нейронной активности.
Команда проанализировала, как на динамику системы влияют внешние токи, начальные мембранные напряжения и сила связи между нейронами. Результаты показали: в зависимости от этих факторов нейроны могут либо оставаться пассивными, либо возбуждаться синхронно — в виде одиночных всплесков или устойчивых колебаний. При этом активность одного нейрона напрямую зависит от другого: сильная связь может либо «разбудить» пассивный нейрон, либо, наоборот, подавить активный.
Ключевым открытием стало выявление порогового значения силы связи, при превышении которого режим работы резко меняется. С помощью коэффициента корреляции Пирсона ученые зафиксировали переходы между тремя типами синхронизации и показали, что они зависят не только от внешнего воздействия, но и от начальных условий системы.
Хотя пока работа ограничивается моделью пары нейронов, ученые считают, что ее выводы помогут в понимании базовых принципов синхронизации в нейронных сетях. Это важно как для фундаментальных нейронаук, так и для прикладных задач в области спайковых нейросетей, нейроинтерфейсов и биомедицинских технологий.
Сейчас команда продолжает исследование, изучая влияние шумов и периодических сигналов на синхронизацию. Работа поддержана стипендией фонда «Идея».
Источник: Минобрнауки РФ
Фото: СГУ имени Н.Г. Чернышевского
