КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер проекта 21-15-00416
НазваниеУправление эпилептиформной активностью в реальном времени: эксперимент и математическое моделирование
Руководитель Амахин Дмитрий Валерьевич, Кандидат биологических наук
Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова Российской академии наук , г Санкт-Петербург
Конкурс №55 - Конкурс 2021 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»
Область знания, основной код классификатора 05 - Фундаментальные исследования для медицины; 05-106 - Нейробиология
Ключевые слова эпилепсия, математическая модель, кортико-гиппокампальные срезы, патч-кламп, управление в реальном времени, оптогенетика, динамическая фармакологическая стимуляция
Код ГРНТИ34.39.17, 34.55.21, 34.17.03
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Инвазивное управление активностью мозга становится всё более реалистичным и перспективным, в частности, для подавления патологических видов активности у больных эпилепсией. Управление становится эффективным при знании механизмов, и наоборот, попытки управления помогают раскрыть механизмы. Мы изучаем механизмы эпилептической активности в тканях мозга крыс и человека методами электрофизиологии, оптогенетики и математического моделирования и предлагаем разработать перспективную методику воздействия на патологическую активность не постоянными, а кратковременными стимулами, подаваемыми в определённую фазу активности. На сегодняшний день, известны лишь единичные частные разработки систем динамической стимуляции. В общей постановке эта задача не решена, её решение зависит от выбора мишеней, на что также будет нацелен наш проект. Одна из таких мишеней следует из результатов работы над нашим предыдущим проектом РНФ, которые указывают на критически важную роль Na+/K+ помпы в формировании паттернов иктальных разрядов. Na+/K+ помпа активируется по мере увеличения внутриклеточной концентрации ионов натрия и останавливает иктальный разряд посредством электротонического действия и обратного захвата ионов калия, играющих роль положительной обратной связи при возбуждении. Паузы в работе Na+/K+ помп оказывают проэпилептическое действие. Поэтому теоретически, провоцирующая стимуляция Na-K помп в фазе перед возможным очередным иктальным разрядом или добавление искусственных Na+/K+ помп могло бы оказать антиэпилептический эффект. Для проверки этой гипотезы на первом этапе мы планируем разработать протокол динамической фармакологической активации помпы, используя свойство её управления внутриклеточной концентрацией ионов натрия и применяя активатор обменника Na+/H+ для увеличения этой концентрации, отслеживая фазу активности с помощью калий-чувствительного сенсора. В дальнейшем, мы планируем использовать сначала известные оптогенетические инструменты, а потом новые, разрабатываемые в МФТИ. Альтернативные мишени воздействия на эпилептическую активность будут найдены при изучении механизмов фармакологически вызванной эпилептиформной активности в срезах мозга. Большинство современных исследований механизмов эпилептических припадков сосредоточены на изучении свойств синаптической передачи, но не на способности нейронов интегрировать входящий синаптический сигнал. С помощью электрофизиологических методик (патч-кламп регистрация, совмещенная с регистрацией внеклеточной концентрации ионов калия и произведением микроинъекций в срез) будут изучены биофизические характеристики возбудимости нейронов на разных фазах генерации отдельных эпилептиформных разрядов и при переходе между режимами их генерации. Планируется исследовать роль ГАМКб-рецепторов, кальций-зависимых ионных каналов (калиевых и TRPC) и HCN-каналов в реализации различных форм аномальной активности. Планируется учесть выявленные закономерности работы этих неочевидных факторов эпилептиформной активности в математических моделях для улучшения их соответствия эксперименту. Смена режимов активности и пластичность нейросети под действием разрядов будут изучаться с помощью долговременных записей внеклеточными электродами. Сравнение паттернов активности в ткани животных и послеоперационной человеческой ткани послужит подтверждением применимости разрабатываемых потенциальных протоколов купирования симптомов болезни.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Публикации
1.
Чижов А.В., Амахин Д.В., Зайцев А.В.
Epileptic discharges in mathematical modelsand rat brain slices
Bernstein Conference 2021, p025 (год публикации - 2021)
10.12751/nncn.bc2021.p025
2.
Амахин Д.В., Соболева Е.Б., Чижов А.В., Зайцев А.В.
Insertion of Calcium-Permeable AMPA Receptors during Epileptiform Activity In Vitro Modulates Excitability of Principal Neurons in the Rat Entorhinal Cortex
Int. J. of Molecular Sciences, 22, 12174 (год публикации - 2021)
10.3390/ijms222212174
3.
Котикова М.Р., Чижов А.В.
Propagation and Relaxation of Neuronal Membrane Mechanical Deformations in Mathematical Model
Studies in Computational Intelligence, v. 1008, pp. 1–6, 2022 (год публикации - 2022)
10.1007/978-3-030-91581-0_22
4. Чижов А.В., Амахин Д.В., Смирнова Е.Ю., Зайцев А.В. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ИКТАЛЬНЫХ РАЗРЯДОВ III ОБЪЕДИНЕННЫЙ НАУЧНЫЙ ФОРУМ ФИЗИОЛОГОВ, БИОХИМИКОВ И МОЛЕКУЛЯРНЫХ БИОЛОГОВ Сочи – Дагомыс 3–8 октября 2021, СБОРНИК ТЕЗИСОВ ДОКЛАДОВ, стр. 27 (год публикации - 2021)
5. Амахин Д.В., Соболева Е.Б., Чижов А.В., Зайцев А.В. ПРОВОДИМОСТЬ МЕМБРАНЫ НЕЙРОНА КАК ФАКТОР РЕГУЛЯЦИИ ЭПИЛЕПТИФОРМНОЙ АКТИВНОСТИ В МОДЕЛИ ОСТРОГО СУДОРОЖНОГО СОСТОЯНИЯ IN VITRO III ОБЪЕДИНЕННЫЙ НАУЧНЫЙ ФОРУМ ФИЗИОЛОГОВ, БИОХИМИКОВ И МОЛЕКУЛЯРНЫХ БИОЛОГОВ Сочи – Дагомыс 3–8 октября 2021, СБОРНИК ТЕЗИСОВ ДОКЛАДОВ, стр. 27-28 (год публикации - 2021)
6. Ергина Ю.Л., Амахин Д.В., Вылекжанина Е.Н., Соболева Е.Б., Чижов А.В. ИЗМЕНЕНИЕ СВОЙСТВ СИНАПТИЧЕСКОЙ ПЕРЕДАЧИ В СИНАПСАХ СА3-СА1 ГИППОКАМПА ПОСЛЕ КРАТКОГО ПЕРИОДА ЭПИЛЕПТИФОРМНОЙ АКТИВНОСТИ IN VITRO III ОБЪЕДИНЕННЫЙ НАУЧНЫЙ ФОРУМ ФИЗИОЛОГОВ, БИОХИМИКОВ И МОЛЕКУЛЯРНЫХ БИОЛОГОВ Сочи – Дагомыс 3–8 октября 2021, СБОРНИК ТЕЗИСОВ ДОКЛАДОВ, стр. 29 (год публикации - 2021)
7.
Котикова М.Р., Чижов А.В.
Hyperbolic equations for neuronal membrane deformation waves accompanying an action potential
Biochemical and Biophysical Research Communications, 591: 26-30 (год публикации - 2022)
10.1016/j.bbrc.2021.12.112
8.
Чижов А.В., Амахин Д.В., Смирнова Е.Ю., Зайцев А.В.
Ictal wavefront propagation in slices and simulations with conductance-based refractory density model
PLoS Computational Biology, 18(1):e1009782 (год публикации - 2022)
10.1371/journal.pcbi.1009782
9.
Соболева Е.Б., Амахин Д.В., Синяк Д.С., Зайцев А.В.
Modulation of seizure-like events by the small conductance and ATP-sensitive potassium ion channels
Biochemical and Biophysical Research Communications, Volume 623, 1 October 2022, Pages 74-80 (год публикации - 2022)
10.1016/j.bbrc.2022.07.057
10.
Котикова М.Р., Друзин М., Чижов А.В.
Shunting Effect of Synaptic Channels Located on Presynaptic Terminal
Studies in Computational Intelligence book series, Springer, Cham, Advances in Neural Computation, Machine Learning, and Cognitive Research VI. NEUROINFORMATICS 2022. Studies in Computational Intelligence, volume 1064, pp 223–230 (год публикации - 2023)
10.1007/978-3-031-19032-2_23
11.
Чижов А.В., Амахин Д.В., Сагтекин А.Э., Десорчес М.
Single-compartment model of a pyramidal neuron, fitted to recordings with current and conductance injection.
Biological Cybernetics, 27 September 2023 (год публикации - 2023)
10.1007/s00422-023-00976-7
12. Амахин Д.В., Трофимова А.М., Зайцев А.В. Влияние фотостимуляции светоуправляемой натриевой помпы KR2 на активность пирамидных нейронов коры головного мозга мыши III Всероссийской научной конференции с международным участием "Оптогенетика+ 2023", Сборник научных трудов, III Всероссийской научной конференции с международным участием "Оптогенетика+ 2023", Сборник научных трудов (год публикации - 2023)
13. Трофимова А.М., Амахин Д.В., Постникова Т.Ю., Тиселько В., Алексеев А., Подоляк Е., Горделий В., Чижов А.В., Зайцев А.В. LIGHT-DRIVEN SODIUM PUMP AS A POTENTIAL TOOL FOR THE CONTROL OF SEIZURES IN EPILEPSY Molecular Neurobiology (год публикации - 2023)
14. Амахин Д.В., Синяк Д.С., Соболева Е.Б., Зайцев А.В. РОЛЬ HCN-КАНАЛОВ В ГЕНЕРАЦИИ ЭПИЛЕПТОПОДОБНОЙ АКТИВНОСТИ В ЭНТОРИНАЛЬНОЙ КОРЕ В МОДЕЛИ ОСТРОГО СУДОРОЖНОГО СОСТОЯНИЯ IN VITRO XXIV съезд физиологического общества им. И.П. Павлова, 11-15 сентября 2023 года, Сборник тезисов съезда, Сборник тезисов XXIV съезда физиологического общества им. И.П. Павлова, стр. 24 (год публикации - 2023)
Публикации
1.
Чижов А.В., Амахин Д.В., Зайцев А.В.
Epileptic discharges in mathematical modelsand rat brain slices
Bernstein Conference 2021, p025 (год публикации - 2021)
10.12751/nncn.bc2021.p025
2.
Амахин Д.В., Соболева Е.Б., Чижов А.В., Зайцев А.В.
Insertion of Calcium-Permeable AMPA Receptors during Epileptiform Activity In Vitro Modulates Excitability of Principal Neurons in the Rat Entorhinal Cortex
Int. J. of Molecular Sciences, 22, 12174 (год публикации - 2021)
10.3390/ijms222212174
3.
Котикова М.Р., Чижов А.В.
Propagation and Relaxation of Neuronal Membrane Mechanical Deformations in Mathematical Model
Studies in Computational Intelligence, v. 1008, pp. 1–6, 2022 (год публикации - 2022)
10.1007/978-3-030-91581-0_22
4. Чижов А.В., Амахин Д.В., Смирнова Е.Ю., Зайцев А.В. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ИКТАЛЬНЫХ РАЗРЯДОВ III ОБЪЕДИНЕННЫЙ НАУЧНЫЙ ФОРУМ ФИЗИОЛОГОВ, БИОХИМИКОВ И МОЛЕКУЛЯРНЫХ БИОЛОГОВ Сочи – Дагомыс 3–8 октября 2021, СБОРНИК ТЕЗИСОВ ДОКЛАДОВ, стр. 27 (год публикации - 2021)
5. Амахин Д.В., Соболева Е.Б., Чижов А.В., Зайцев А.В. ПРОВОДИМОСТЬ МЕМБРАНЫ НЕЙРОНА КАК ФАКТОР РЕГУЛЯЦИИ ЭПИЛЕПТИФОРМНОЙ АКТИВНОСТИ В МОДЕЛИ ОСТРОГО СУДОРОЖНОГО СОСТОЯНИЯ IN VITRO III ОБЪЕДИНЕННЫЙ НАУЧНЫЙ ФОРУМ ФИЗИОЛОГОВ, БИОХИМИКОВ И МОЛЕКУЛЯРНЫХ БИОЛОГОВ Сочи – Дагомыс 3–8 октября 2021, СБОРНИК ТЕЗИСОВ ДОКЛАДОВ, стр. 27-28 (год публикации - 2021)
6. Ергина Ю.Л., Амахин Д.В., Вылекжанина Е.Н., Соболева Е.Б., Чижов А.В. ИЗМЕНЕНИЕ СВОЙСТВ СИНАПТИЧЕСКОЙ ПЕРЕДАЧИ В СИНАПСАХ СА3-СА1 ГИППОКАМПА ПОСЛЕ КРАТКОГО ПЕРИОДА ЭПИЛЕПТИФОРМНОЙ АКТИВНОСТИ IN VITRO III ОБЪЕДИНЕННЫЙ НАУЧНЫЙ ФОРУМ ФИЗИОЛОГОВ, БИОХИМИКОВ И МОЛЕКУЛЯРНЫХ БИОЛОГОВ Сочи – Дагомыс 3–8 октября 2021, СБОРНИК ТЕЗИСОВ ДОКЛАДОВ, стр. 29 (год публикации - 2021)
7.
Котикова М.Р., Чижов А.В.
Hyperbolic equations for neuronal membrane deformation waves accompanying an action potential
Biochemical and Biophysical Research Communications, 591: 26-30 (год публикации - 2022)
10.1016/j.bbrc.2021.12.112
8.
Чижов А.В., Амахин Д.В., Смирнова Е.Ю., Зайцев А.В.
Ictal wavefront propagation in slices and simulations with conductance-based refractory density model
PLoS Computational Biology, 18(1):e1009782 (год публикации - 2022)
10.1371/journal.pcbi.1009782
9.
Соболева Е.Б., Амахин Д.В., Синяк Д.С., Зайцев А.В.
Modulation of seizure-like events by the small conductance and ATP-sensitive potassium ion channels
Biochemical and Biophysical Research Communications, Volume 623, 1 October 2022, Pages 74-80 (год публикации - 2022)
10.1016/j.bbrc.2022.07.057
10.
Котикова М.Р., Друзин М., Чижов А.В.
Shunting Effect of Synaptic Channels Located on Presynaptic Terminal
Studies in Computational Intelligence book series, Springer, Cham, Advances in Neural Computation, Machine Learning, and Cognitive Research VI. NEUROINFORMATICS 2022. Studies in Computational Intelligence, volume 1064, pp 223–230 (год публикации - 2023)
10.1007/978-3-031-19032-2_23
11.
Чижов А.В., Амахин Д.В., Сагтекин А.Э., Десорчес М.
Single-compartment model of a pyramidal neuron, fitted to recordings with current and conductance injection.
Biological Cybernetics, 27 September 2023 (год публикации - 2023)
10.1007/s00422-023-00976-7
12. Амахин Д.В., Трофимова А.М., Зайцев А.В. Влияние фотостимуляции светоуправляемой натриевой помпы KR2 на активность пирамидных нейронов коры головного мозга мыши III Всероссийской научной конференции с международным участием "Оптогенетика+ 2023", Сборник научных трудов, III Всероссийской научной конференции с международным участием "Оптогенетика+ 2023", Сборник научных трудов (год публикации - 2023)
13. Трофимова А.М., Амахин Д.В., Постникова Т.Ю., Тиселько В., Алексеев А., Подоляк Е., Горделий В., Чижов А.В., Зайцев А.В. LIGHT-DRIVEN SODIUM PUMP AS A POTENTIAL TOOL FOR THE CONTROL OF SEIZURES IN EPILEPSY Molecular Neurobiology (год публикации - 2023)
14. Амахин Д.В., Синяк Д.С., Соболева Е.Б., Зайцев А.В. РОЛЬ HCN-КАНАЛОВ В ГЕНЕРАЦИИ ЭПИЛЕПТОПОДОБНОЙ АКТИВНОСТИ В ЭНТОРИНАЛЬНОЙ КОРЕ В МОДЕЛИ ОСТРОГО СУДОРОЖНОГО СОСТОЯНИЯ IN VITRO XXIV съезд физиологического общества им. И.П. Павлова, 11-15 сентября 2023 года, Сборник тезисов съезда, Сборник тезисов XXIV съезда физиологического общества им. И.П. Павлова, стр. 24 (год публикации - 2023)
Публикации
1.
Чижов А.В., Амахин Д.В., Зайцев А.В.
Epileptic discharges in mathematical modelsand rat brain slices
Bernstein Conference 2021, p025 (год публикации - 2021)
10.12751/nncn.bc2021.p025
2.
Амахин Д.В., Соболева Е.Б., Чижов А.В., Зайцев А.В.
Insertion of Calcium-Permeable AMPA Receptors during Epileptiform Activity In Vitro Modulates Excitability of Principal Neurons in the Rat Entorhinal Cortex
Int. J. of Molecular Sciences, 22, 12174 (год публикации - 2021)
10.3390/ijms222212174
3.
Котикова М.Р., Чижов А.В.
Propagation and Relaxation of Neuronal Membrane Mechanical Deformations in Mathematical Model
Studies in Computational Intelligence, v. 1008, pp. 1–6, 2022 (год публикации - 2022)
10.1007/978-3-030-91581-0_22
4. Чижов А.В., Амахин Д.В., Смирнова Е.Ю., Зайцев А.В. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ИКТАЛЬНЫХ РАЗРЯДОВ III ОБЪЕДИНЕННЫЙ НАУЧНЫЙ ФОРУМ ФИЗИОЛОГОВ, БИОХИМИКОВ И МОЛЕКУЛЯРНЫХ БИОЛОГОВ Сочи – Дагомыс 3–8 октября 2021, СБОРНИК ТЕЗИСОВ ДОКЛАДОВ, стр. 27 (год публикации - 2021)
5. Амахин Д.В., Соболева Е.Б., Чижов А.В., Зайцев А.В. ПРОВОДИМОСТЬ МЕМБРАНЫ НЕЙРОНА КАК ФАКТОР РЕГУЛЯЦИИ ЭПИЛЕПТИФОРМНОЙ АКТИВНОСТИ В МОДЕЛИ ОСТРОГО СУДОРОЖНОГО СОСТОЯНИЯ IN VITRO III ОБЪЕДИНЕННЫЙ НАУЧНЫЙ ФОРУМ ФИЗИОЛОГОВ, БИОХИМИКОВ И МОЛЕКУЛЯРНЫХ БИОЛОГОВ Сочи – Дагомыс 3–8 октября 2021, СБОРНИК ТЕЗИСОВ ДОКЛАДОВ, стр. 27-28 (год публикации - 2021)
6. Ергина Ю.Л., Амахин Д.В., Вылекжанина Е.Н., Соболева Е.Б., Чижов А.В. ИЗМЕНЕНИЕ СВОЙСТВ СИНАПТИЧЕСКОЙ ПЕРЕДАЧИ В СИНАПСАХ СА3-СА1 ГИППОКАМПА ПОСЛЕ КРАТКОГО ПЕРИОДА ЭПИЛЕПТИФОРМНОЙ АКТИВНОСТИ IN VITRO III ОБЪЕДИНЕННЫЙ НАУЧНЫЙ ФОРУМ ФИЗИОЛОГОВ, БИОХИМИКОВ И МОЛЕКУЛЯРНЫХ БИОЛОГОВ Сочи – Дагомыс 3–8 октября 2021, СБОРНИК ТЕЗИСОВ ДОКЛАДОВ, стр. 29 (год публикации - 2021)
7.
Котикова М.Р., Чижов А.В.
Hyperbolic equations for neuronal membrane deformation waves accompanying an action potential
Biochemical and Biophysical Research Communications, 591: 26-30 (год публикации - 2022)
10.1016/j.bbrc.2021.12.112
8.
Чижов А.В., Амахин Д.В., Смирнова Е.Ю., Зайцев А.В.
Ictal wavefront propagation in slices and simulations with conductance-based refractory density model
PLoS Computational Biology, 18(1):e1009782 (год публикации - 2022)
10.1371/journal.pcbi.1009782
9.
Соболева Е.Б., Амахин Д.В., Синяк Д.С., Зайцев А.В.
Modulation of seizure-like events by the small conductance and ATP-sensitive potassium ion channels
Biochemical and Biophysical Research Communications, Volume 623, 1 October 2022, Pages 74-80 (год публикации - 2022)
10.1016/j.bbrc.2022.07.057
10.
Котикова М.Р., Друзин М., Чижов А.В.
Shunting Effect of Synaptic Channels Located on Presynaptic Terminal
Studies in Computational Intelligence book series, Springer, Cham, Advances in Neural Computation, Machine Learning, and Cognitive Research VI. NEUROINFORMATICS 2022. Studies in Computational Intelligence, volume 1064, pp 223–230 (год публикации - 2023)
10.1007/978-3-031-19032-2_23
11.
Чижов А.В., Амахин Д.В., Сагтекин А.Э., Десорчес М.
Single-compartment model of a pyramidal neuron, fitted to recordings with current and conductance injection.
Biological Cybernetics, 27 September 2023 (год публикации - 2023)
10.1007/s00422-023-00976-7
12. Амахин Д.В., Трофимова А.М., Зайцев А.В. Влияние фотостимуляции светоуправляемой натриевой помпы KR2 на активность пирамидных нейронов коры головного мозга мыши III Всероссийской научной конференции с международным участием "Оптогенетика+ 2023", Сборник научных трудов, III Всероссийской научной конференции с международным участием "Оптогенетика+ 2023", Сборник научных трудов (год публикации - 2023)
13. Трофимова А.М., Амахин Д.В., Постникова Т.Ю., Тиселько В., Алексеев А., Подоляк Е., Горделий В., Чижов А.В., Зайцев А.В. LIGHT-DRIVEN SODIUM PUMP AS A POTENTIAL TOOL FOR THE CONTROL OF SEIZURES IN EPILEPSY Molecular Neurobiology (год публикации - 2023)
14. Амахин Д.В., Синяк Д.С., Соболева Е.Б., Зайцев А.В. РОЛЬ HCN-КАНАЛОВ В ГЕНЕРАЦИИ ЭПИЛЕПТОПОДОБНОЙ АКТИВНОСТИ В ЭНТОРИНАЛЬНОЙ КОРЕ В МОДЕЛИ ОСТРОГО СУДОРОЖНОГО СОСТОЯНИЯ IN VITRO XXIV съезд физиологического общества им. И.П. Павлова, 11-15 сентября 2023 года, Сборник тезисов съезда, Сборник тезисов XXIV съезда физиологического общества им. И.П. Павлова, стр. 24 (год публикации - 2023)