Российские ученые разработали новую компьютерную программу, которая способна описывать и анализировать форму отростков, формирующих связи между клетками мозга. Эти отростки играют важную роль в процессе формирования памяти и обучения. Исследователи утверждают, что новый софт поможет более глубоко понять эти процессы и обнаружить изменения, происходящие в нейронах при нейродегенеративных заболеваниях, таких как деменция. Считается, что эта разработка может стать основой для создания новых лекарств, способных бороться с этими заболеваниями. Кроме того, программа имеет открытый код и бесплатно доступна исследователям по всему миру. Эксперты отмечают, что с ее помощью можно будет различать особенности мозга у пациентов с психическими расстройствами и разрабатывать эффективные методы стимуляции мозга.
Ученые Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого создали компьютерную программу под названием SpineTool, которая автоматически анализирует изображения и определяет форму отростков в клетках мозга, отвечающих за нейронные связи. Эти отростки, известные как дендритные шипики, играют ключевую роль в запоминании новой информации и приобретении навыков в процессе обучения. При нейродегенеративных заболеваниях эти структуры меняют свою морфологию, поэтому понимание этих изменений является важным шагом для создания лекарств от деменции. Научная статья, описывающая возможности этой программы, была опубликована в научном журнале Scientific Reports, входящем в группу изданий Nature.
Исследователи объясняют, что дендритные шипики играют важную роль в формировании связей между нейронами, называемых синапсами. Сигнал передается от одной клетки к другой через отросток, называемый аксон, и принимается другой клеткой через дендрит. Формирование связи между этими структурами приводит к появлению дендритных шипиков. Исследователи используют нейроны мышей для изучения процессов, происходящих в мозге. Мыши выращиваются в специальных условиях, и их нейроны очень похожи на нейроны человека. Специалисты наблюдают, как эти структуры развиваются и формируют новые отростки и синапсы. Используя модифицированных мышей, которые вырабатывают зеленый флуоресцентный белок, и программу SpineTool, исследователи могут создавать высококачественные изображения и анализировать их с помощью программы.
Программа SpineTool анализирует изображения и создает трехмерные модели дендритных шипиков, отражающие их форму. Каждый шипик уникален, и нет двух полностью одинаковых отростков. Вместо традиционного численного описания длины, ширины и объема отростков, российские ученые предложили использовать гистограмму для визуализации различий в их форме.
Дендритные шипики классифицируются на три типа: грибовидные, тонкие и пеньковые. Грибовидные считаются самыми стабильными и отвечают за длительную память. Тонкие шипики постоянно появляются и исчезают, играя важную роль в процессе обучения. Функция пеньковых шипиков пока остается загадкой для ученых. Существует гипотеза, что грибовидные отростки могут с течением времени превращаться в пеньковые.
Интересно, что компьютерная программа SpineTool обладает точностью классификации, сравнимой с человеческими специалистами. Однако, когда исследователи позволили программе самостоятельно анализировать данные, она выделила пять типов отростков, а не три, как это делали ученые.
Программа SpineTool, разработанная с открытым исходным кодом, может стать дополнительным рычагом для развития исследований в различных областях, где изменения в дендритных шипиках играют важную роль в понимании природы заболеваний и разработке методов их лечения, от болезни Альцгеймера до химических зависимостей.
Источник: Известия
