Несмотря на высокую распространённость и значительное клиническое влияние эпилепсии, популяционные динамические процессы, определяющие судорожную готовность, инициацию и распространение судорожной активности по масштабным сетям мозга, остаются недостаточно изученными. В настоящем исследовании была выполнена кальциевая визуализация мозга зебрафиша в масштабе всего мозга и с клеточным разрешением как в базисных условиях, так и при индуцировании судорог с помощью пентилентетразола (ПТЗ) — антагониста рецепторов ГАМКА.
Исследователи смоделировали архитектуру нейронных сетей у дикотипных личинок и личинок с генотипом scn1lab-/-, которые характеризуются повышенной судорожной готовностью и служат моделью синдрома Драве. Синдром Драве представляет собой тяжёлое детское энцефалопатию с резистентной эпилепсией, вызванную мутациями в гене SCN1A, кодирующем альфа-субъединицу натриевого канала. Модель на зебрафише позволяет проводить скрининг в масштабе всего мозга с разрешением отдельных клеток, что недоступно для традиционных млекопитающих моделей.
При воздействии ПТЗ личинки scn1lab-/- демонстрировали повышенную парную корреляцию между нейронами по сравнению с контрольной группой. Графовый анализ этих корреляций выявил генотип-специфичные изменения сетевой организации во время судорог, позволив идентифицировать конкретные мозговые регионы и метрики, ассоциированные с началом судорожной активности. Эти данные указывают на то, что мутация scn1lab приводит к фундаментальным перестройкам функциональной связности нейронных ансамблей при провокации судорог.
С использованием генеративного моделирования сетей исследователи изучили правила коннектомики, управляющие активностью в этих сетях. Были выявлены специфические свойства сети, связанные с судорожной готовностью, которые оказались обнаружимы только при использовании крупномасштабных данных с клеточным разрешением. Это подчёркивает критическую важность пространственного разрешения в нейровизуализации — агрегированные методы регистрации активности могут маскировать ключевые паттерны дисфункции.
Наиболее значимым результатом стало установление того, что даже в базисных условиях, при отсутствии видимых судорог, правила организации сетей различались между генотипами способом, позволявшим идентифицировать личинок scn1lab-/- и предсказывать индивидуальный риск судорог независимо от наблюдаемого фенотипа. Другими словами, функциональная связность мозга содержит предиктивные биомаркеры эпилептической готовности, которые проявляются до клинически манифестных приступов.
Полученные результаты раскрывают свойства функциональных сетей с клеточным разрешением в модели синдрома Драве на зебрафише и устанавливают предиктивную основу для оценки судорожной готовности, основанную на многоуровневой функциональной коннективности. Данный подход открывает перспективы для раннего выявления лиц с повышенным риском эпилепсии и, потенциально, для разработки методов профилактической нейромодуляции, направленных на коррекцию патологических паттернов связности до развития тяжёлых судорожных расстройств.