ИСТИНА

Астроциты — специализированные глиальные клетки — необходимы для нормальной нейрональной активности, синаптической передачи и нейро-сосудистого сопряжения. Благодаря обилию мельчайших отростков («листочков»), астроциты находятся в тесном взаимодействии с синаптическими контактами, обеспечивая удаление нейромедиатора из синаптической щели, секрецию ко-агонистов к нейрональным рецепторам и других сигнальных молекул, обеспечивая и внесинаптический, паракринный путь передачи сигналов в нервной ткани. Астроциты электрически невозбудимы, но об активности данных клеток можно судить по изменению уровня флуоресценции зондов-репортеров концентрации внутриклеточного кальция. Наличие кальциевых сигналов в астроцитах ассоциировано с синхронизацией работы нейронов, ответами локального кровотока. В последнее время широкое распространение получили генетически кодируемые белковые флуоресцентные зонды на внутриклеточный кальций, позволяющие избирательно окрашивать астроциты и визуализировать Ca2+-динамику во всех клеточных компартментах, от самых тонких отростков до тел клеток. Увеличение объема доступных данных динамической микрофлуориметрии (Ca-имаджинг) требует создания адекватных решений для обработки и интерпретации астроцитарной кальциевой активности. При этом следует учитывать, что эти подходы должны отличаться от анализа нейрональной активности, поскольку кальциевая активность в астроцитах подразумевает отдельных локализованных источников сигнала и наличие широких распределений по размерам и длительностям отдельных событий кальциевой сигнализации. При обработке данных кальциевого имаджинга приходится учитывать возможность артефактов движения, а также то, что относительно низкий уровень фоновой флуоресценции генетически кодируемых индикаторов приводит к сильно скошенному распределению мгновенных значений регистрируемого сигнала флуоресценции, что существенно затрудняет анализ активности в локальных областях. Мы рассматриваем разрабатываемый нами набор алгоритмов для обработки и анализа экспериментальных данных кальциевой активности в астроцитах — компенсацию артефактов движения, определения локальных значений фонового уровня флуоресценции, подавление шума и поиск значимых локальных флуктуаций флуоресценции относительно фонового уровня. Для подавления шума и реконструкции отдельных эпизодов повышения уровня флуоресценции используется понижение размерности данных, факторизация сигнала на пространственные и временные компоненты и частичная реконструкция после отбрасывания незначащих элементов. Далее мы рассматриваем интерпретацию наблюдаемой динамики: статистику размеров и длительностей кальциевых событий, скорости нарастания и спада флуоресценции и д.р. Наблюдаемые кальциевые события можно также интерпретировать как стохастический процесс, но открытым остается вопрос о наличии или отсутствии определенных закономерностей или повторяющихся паттернов активации на уровне отдельных клеток или астроцитарного синцития. Рассматриваются подходы к поиску таких закономерностей с использованием символьного представления данных и упрощенных динамических моделей, основанных на данных. Для дальнейшего понимания механизмов, вовлеченных в инициацию и распространение событий кальциевой сигнализации необходимо создание нелинейных математических моделей, описывающих предполагаемые биофизические механизмы кальциевой динамики в астроцитах. Мы рассматриваем такие распределенные модели, реализованные на реалистичных пространственных паттернах, а также закономерности кальциевой динамики в этих моделях, определяемые локальной морфологией астроцита.