Поведение человека и других млекопитающих в ходе эволюции синхронизировалось с фундаментальными ритмами жизни — ежесуточной сменой дня и ночи и сезонными изменениями. Например, циркадный центр в головном мозге человека контролирует выработку гормонов, связанных с переключением режимов сна и бодрствования., а нарушение этого режима, например, из-за смены часовых поясов или работы в ночную смену, может привести к болезни. Этот жизненно важный физиологический процесс, ответственный за здоровье, настроение и работоспособность, до настоящего момента был довольно мало изучен.
Кейси Дикман (Casey Diekman), профессор Математического факультета Университета Нью-Джерси (США), посвятил три года созданию математической модели биологических часов человека, отвечающих за базовые ритмы человеческой жизни, сообщает пресс-служба Университета.
Его главной целью стало создание математических моделей, проясняющих роль, которую играет электрическая активность наших внутренних часов в работе циркадных ритмов, в частности, способ, которым эти часы отвечают на естественную смену дня и ночи. Дикман получил от биологической лаборатории данные об электрической активности в мозге на клеточном уровне, особенно в отношении влияния динамических изменений экспрессии генов на нейроны в супрахиазматическом ядре, СХЯ. Экспрессия генов — это процесс, посредством которого ДНК транслируется в белки, а белки, в свою очередь, движущая сила большей части биологических функций, в том числе и реакции организма на смену темного и светлого времени суток.
Группа из примерно 20 000 нейронов в гипоталамусе, СХЯ, получает информацию о цикле дня-ночи из окружающего мира через сетчатку, что может влиять на суточные процессы. Задача этой части мозга — знать, какое время суток в настоящий момент, даже если внешняя информация не поступила.
На нейронном уровне взаимодействие нескольких ионных токов с нейронами СХЯ продуцирует электрические колебания в масштабе миллисекунд. В конце концов, эти электрические сигналы вносят вклад в ежедневную рутину поведения человека. Эксперимент, который использовал для построения математической модели Дикман, имел целью собрать данные об этих токах при четко контролируемых условиях освещенности, чтобы изучить, как активность СХЯ может изменяться на протяжении определенного периода, такого как 24 часа. Ключевая задача результирующей модели Дикмана — интегрировать экспериментальные данные в исчерпывающий физиологический портрет, чтобы симулировать нейронную активность и прояснить конкретные роли различных ионных токов.
Фото превью: ru.123rf.com
