Русский
!

Presentations

Modeling of impaired neurogenesis under the action of accelerated heavy charged particles and its influence on the functioning of the hippocampal neural networks

Batmunkh M., Bugay A.N., Kolesnikova E.A.

Объединенный институт ядерных исследований, Россия, 141980, Дубна, ул. Жолио-Кюри 6

В последние годы развитие радиационной терапии опухолей головного мозга, а также опасность для дальних космических полетов, возникающая от потока галактического излучения из тяжелых частиц, привели к пересмотру устоявшихся положений о радиорезистентности центральной нервной системы (ЦНС) [1]. В экспериментальных условиях были выявлены нарушения различных видов памяти, обучения, моторных функций и другие расстройства. Анализ современных исследований свидетельствует о том, что гиппокамп является одним из наиболее чувствительных участков ЦНС при облучении. Субгранулярная зона гиппокампа содержит радиочувствительную популяцию делящихся клеток, участвующих в нейрогенезе, поэтому детальное исследование данных процессов является очень важной задачей. Однако, чтобы предсказать какую-либо когнитивную дисфункцию, существующие модели нейрогенеза должны дополняться функциональными моделями нейронных сетей, отражающими специфическое функционирование нервных клеток, чему и посвящена настоящая работа.

В работе произведено обобщение известных моделей [2] протекания нейрогенеза гиппокампа после облучения пучками протонов и тяжелых ионов различной энергии и доз. Гибель клеток-предшественников и незрелых нейронов, вызванная облучением, здесь рассчитывалась на основе модели выживаемости, основанной на детальном учете клеточных событий. Начальными условиями в ней служили зависимости выхода труднорепарируемых двунитевых разрывов ДНК от параметров облучения, вычисленные методом Монте-Карло моделирования процессов в треках заряженных частиц с использованием кода Geant4-DNA. Кинетические уравнения, описывающие численность нейронов, решались численно в системе Wolfram Mathematica, а нейронные сети зубчатой извилины (dentate gyrus) и аммонового рога (cornu Ammonis) гиппокампа моделировались с использованием пакета NEURON. Показано, что для небольших доз тяжелых ионов модификация сети, вызванная изменением соотношения между зрелыми и незрелыми нейронами, а также клетками различной морфологии, приводит к значительному изменению активности и нарушению обработки информации.

Литература

1. Григорьев А.И., Красавин Е.А., Островский М.А. К оценке риска биологического действия галактических тяжёлых ионов в условиях межпланетного полёта // Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова 99, 2013, 273-280.

2. Cacao E., Cucinotta F.A. Modeling Heavy-Ion Impairment of Hippocampal Neurogenesis after Acute and Fractionated Irradiation // Radiation Research 186, 2016, 624-637.

© 2004 Designed by Lyceum of Informational Technologies №1533