Математики описали синхронизирование колебаний нейронов
Ученые из Международной лаборатории динамических систем и приложений НИУ ВШЭ в Нижнем Новгороде описали редкий случай синхронизации в системе связанных химической связью моделей нейронов. Результат работы позволит на математическом уровне описывать нетипичные режимы функционирования мозга, возникающие в том числе при нейродегенеративных заболеваниях.
Исследование опубликовано в журнале Regular and Chaotic Dynamics. Работа поддержана мегагрантом Правительства России в рамках нацпроекта «Наука и университеты» и грантом РНФ. Нейроны — это нелинейные объекты, и это играет ключевую роль в их функционировании. Нелинейность в их поведении проявляется в том, как они обрабатывают и передают информацию. В некоторых случаях нейроны могут синхронизироваться, что создает коллективные ритмы или волны активности в мозге. Этот вид синхронизации можно рассмотреть как форму ансамблей осцилляторов.
Ансамбли осцилляторов — связанные и взаимодействующие между собой колеблющиеся объекты. Особенно интересны нелинейные взаимодействия, когда изменение «поведения» одного осциллятора может вызывать сложную реакцию других.
Один из наиболее значимых нелинейных эффектов — феномен синхронизации. Ранее в литературе были описаны системы, которые по отдельности проявляют пачечные колебания — чередующиеся периоды активности и покоя, а в связке синхронизируются в противофазе. То есть активности одного элемента соответствует состояние покоя другого. Это достаточно типичный механизм активности системы нейронов. Но существуют определенные параметры, при которых осцилляторы могут быть синфазны: когда обе подсистемы активны или «молчат» одновременно.
Это нетипичный режим синхронизации. Исследователи из НИУ ВШЭ заинтересовались именно этим режимом. С помощью численного моделирования и решения системы уравнений, описывающих химическое взаимодействие двух нейронов, ученые смогли описать сценарий и механизм возникновения такого синфазного режима колебаний.
«Принципиально новое в нашей работе: мы показали, что синфазное поведение соответствует гиперхаосу. Нам удалось описать механизм возникновения синфазной синхронизации за счет проявления в динамике подсистем седловых циклов с двумерным неустойчивым многообразием», — рассказала один из авторов статьи, доцент НИУ ВШЭ в Нижнем Новгороде Наталия Станкевич.
Гиперхаос в системе осцилляторов — это автоколебательный режим, его период равен бесконечности, в котором система ведет себя непредсказуемо, при этом неустойчивость является многомерной. Как поясняют ученые, это более сложный вид хаоса, поскольку есть несколько направлений, вдоль которых близкие фазовые траектории разбегаются.
«В режиме гиперхаоса колебания хаотичны в каждой подсистеме. Они не идентичны абсолютно друг другу. Но при этом циклы покоя и активности происходят в фазе. В результате численного моделирования мы определили области в пространстве параметров модели, где можно наблюдать синфазную синхронизацию», — комментирует Наталия Станкевич.
Областью применения полученных результатов могут стать нейроисследования. Разные режимы синхронизации в нейронах играют центральную роль в формировании нормальных и атипичных паттернов активности отделов головного мозга. Так, эпилепсия часто связана с необычными паттернами активности нейронов и синхронизацией между ними. Эпилептические припадки являются результатом коллективной активности нейронных клеток. Часто их называют патологически гиперсинхронизированными состояниями. Исследования в области нейросинхронизации могут помочь раскрыть, какие конкретные изменения в мозговой активности приводят к эпилептическим припадкам.
Telegram 
Дзен 
VK Инфекции, такие как коронавирус, наносят серьезный удар организму, из-за чего даже после выздоровления он продолжительное время остается уязвимым. Сегодня для оценки иммунитета врачи смотрят в первую очередь на уровень антител в крови, однако такой подход не отражает реального состояния здоровья человека. Это не позволяет врачам точно прогнозировать, как будет протекать болезнь и насколько быстро пациент выздоровеет. Ученые Пермского Политеха и ПГАТУ впервые выяснили, как именно восстановление иммунитета зависит от пола человека и кто наиболее подвержен осложнениям после коронавирусной инфекции. Результаты исследования помогут правильно учитывать гендерные особенности пациента при лечении и реабилитации, что повысит точность прогнозов и эффективность терапии.
Плавящийся асфальт в США, многие тысячи погибших в Западной Европе, своеобразное лето в России — все это списывают на вредоносный феномен рекордного Эль-Ниньо. И конечно же, на него спихивают и ожидаемый рост цен на кофе и основные сельхозтовары. Правда, есть в этой картине и белые пятна: в прошлые Эль-Ниньо мировые урожаи росли. Что скорее всего случится в 2026 году и отчего роль этого события может быть куда больше, чем мы думаем?
Видеосервисы стали неотъемлемой частью жизни россиян. В 2026 году охваты большинства платформ продолжают расти, в том числе YouTube.
Анализ более 150 тысяч древних звезд Млечного Пути показал, что возраст космоса, судя по всему, близок к 13,8 миллиарда лет. Авторы нового исследования заключили, что сценарии, в которых Вселенную приходится делать заметно «моложе» ради решения хаббловского кризиса, плохо согласуются с наблюдениями. Это важно, поскольку возраст старейших светил — один из немногих независимых способов проверить космологические модели не по данным ранней Вселенной, а по объектам нашей собственной Галактики.
Сканирующая туннельная микроскопия достигла квантово-механического предела пространства-времени. Физики провели эксперимент и смоделировали перемещение одиночного электрона с атомарной точностью и скоростью в доли фемтосекунды. Результат показал границы применимости квантовых законов и объяснил механику сверхбыстрых процессов.
Плавящийся асфальт в США, многие тысячи погибших в Западной Европе, своеобразное лето в России — все это списывают на вредоносный феномен рекордного Эль-Ниньо. И конечно же, на него спихивают и ожидаемый рост цен на кофе и основные сельхозтовары. Правда, есть в этой картине и белые пятна: в прошлые Эль-Ниньо мировые урожаи росли. Что скорее всего случится в 2026 году и отчего роль этого события может быть куда больше, чем мы думаем?
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно