多米諾骨牌效應(yīng)與癲癇同步發(fā)作

癲癇是一種神經(jīng)系統(tǒng)疾病，可引起反復(fù)發(fā)作的多種效應(yīng)，影響全球約5000萬(wàn)人。這種疾病已經(jīng)為人所知很久了——關(guān)于癲癇的文字記載可以追溯到公元前4000年。盡管有如此悠久的知識(shí)和治療歷史，癲癇發(fā)作時(shí)大腦中的確切過(guò)程仍然難以捉摸。

科學(xué)家已經(jīng)觀察到健康大腦中神經(jīng)元群獨(dú)特的電活動(dòng)模式。在與記憶和注意力相關(guān)的過(guò)程中，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在相似行為(同步)和不相似行為(去同步)之間移動(dòng)。然而，在患有癲癇等神經(jīng)系統(tǒng)疾病的大腦中，當(dāng)一組腦細(xì)胞開(kāi)始過(guò)度放電時(shí)，同步性可能會(huì)發(fā)展到危險(xiǎn)的程度。埃克塞特大學(xué)的詹妮弗克雷塞說(shuō)：“同步對(duì)信息處理非常重要?！薄暗^(guò)多的同步性，如癲癇發(fā)作或帕金森病時(shí)出現(xiàn)的同步性，與疾病狀態(tài)有關(guān)，可能會(huì)損害大腦功能?！?

對(duì)癲癇發(fā)作的測(cè)量表明，大腦網(wǎng)絡(luò)中的異步通常發(fā)生在癲癇發(fā)作的早期或早期。隨著癲癇發(fā)作的發(fā)展，在大腦其他區(qū)域的參與下，網(wǎng)絡(luò)變得越來(lái)越同步，導(dǎo)致癲癇發(fā)作高度同步。了解癲癇時(shí)電活動(dòng)增加與同步變化之間的相互作用，是提高癲癇診斷和治療水平的重要一步。

Jennifer Creaser、Peter Ashwin(?？巳卮髮W(xué))和Krasimira Tsaneva-Atanasova(埃克塞特大學(xué)、慕尼黑技術(shù)大學(xué)和保加利亞科學(xué)院)在12月發(fā)表的論文中討論了與癲癇發(fā)作的同步機(jī)制。應(yīng)用電力系統(tǒng)雜志。他們的研究是在工程和物理科學(xué)研究委員會(huì)的健康護(hù)理預(yù)測(cè)模型中心進(jìn)行的，在埃克塞特大學(xué)和伯明翰大學(xué)的研究人員中，研究人員使用數(shù)學(xué)模型來(lái)探索大腦中神經(jīng)元組之間的相互作用，這種相互作用導(dǎo)致了癲癇發(fā)作期間同步變化的變化。阿什溫說(shuō)：“雖然這是對(duì)理想模型的理論研究，但它受到了理解大腦健康和病理活動(dòng)之間過(guò)渡的挑戰(zhàn)的啟發(fā)。

作者使用了現(xiàn)有數(shù)學(xué)模型的擴(kuò)展版本，該模型將大腦表示為連接神經(jīng)元組多個(gè)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)由雙穩(wěn)態(tài)節(jié)點(diǎn)組成，這意味著每個(gè)節(jié)點(diǎn)可以在兩種穩(wěn)定狀態(tài)之間切換：靜態(tài)(靜態(tài))和陣發(fā)性(活動(dòng)和振蕩)。這些節(jié)點(diǎn)將保持它們當(dāng)前的狀態(tài)，直到它們被刺激到有足夠的踢腿來(lái)逃到另一個(gè)狀態(tài)。在模型中，這種刺激來(lái)自其他相連的節(jié)點(diǎn)，或者以“噪聲”的形式出現(xiàn)——神經(jīng)活動(dòng)的外部來(lái)源，如與情緒狀態(tài)或疾病引起的生理變化有關(guān)的內(nèi)分泌反應(yīng)。

相鄰節(jié)點(diǎn)之間的影響由耦合函數(shù)控制，該函數(shù)表示網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)相互通信的方式。兩種可能的耦合類(lèi)型中的第一種是幅度耦合，它由相鄰節(jié)點(diǎn)的響度決定。二是相位耦合，與鄰居的傳輸速度有關(guān)。盡管研究人員需要在一個(gè)小網(wǎng)絡(luò)上使用簡(jiǎn)單的公式，甚至使分析成為可能——一個(gè)更復(fù)雜和現(xiàn)實(shí)的系統(tǒng)在計(jì)算上很費(fèi)力——但他們希望他們的模型顯示出與真實(shí)臨床記錄相同的行為類(lèi)型，并且大腦活動(dòng)已經(jīng)被顯示出來(lái)。

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