Определение подсостояний проводимости ионных каналов с помощью адаптивно-резонансной теории нейронных сетей

С появлением таких методов регистрации одиночных каналов, как пэтч-кламп, исследователям приходится иметь дело с большим количеством точных данных, обработка которых занимает значительное время. Частота оцифровки тока каналов клеточных мембран достигает нескольких мегагерц, поэтому при длительной регистрации образуются огромные массивы дискретных значений тока, которые при существующих методах обработки данных необходимо сначала запомнить, а затем обработать. Применение усовершенствованных алгоритмов анализа экспериментальных данных, реализованных на базе компьютерных технологий, позволяет обойти эти проблемы и в полной мере использовать возможности современных методов измерений.

В данной работе значение тока ионов К⁺ через Са²⁺-активируемые каналы, полученные с помощью метода пэтч-кламп, анализировались с помощью адаптивно-резонансной теории нейронных сетей АRT2 (Carpenter G. & Grossberg S., 1987). По временным рядам значения тока через ансамбль каналов, одновременно попавших в анализируемую область мембраны эритроцитов человека, строились гистограммы, которые далее классифицировались с помощью программы, реализующей алгоритм АRT2. Запомненные в долговременной памяти нейронной сети положения пиков затем были проанализированы. Обнаруженные нами при потенциале покоя мембраны минимальные скачки тока в 0,42 пА и 0,72 пА позволили представить все многообразие значений тока от выделенного фрагмента с помощью их линейной комбинации. Малая плотность Са²⁺-активируемых К⁺-каналов (количество таких каналов достигает десяти на клетку) в мембранах эритроцитов человека, и, следовательно, небольшая вероятность попадания большого числа каналов в выделенный фрагмент позволили сделать вывод о том, что в мембранах эритроцитов человека присутствует один вид Ca²⁺-активируемых K⁺-каналов, имеющий два подсостояния проводимости, при потенциале покоя мембраны обуславливающие значения тока 0,42 пА и 0,72 пА.

1. Carpenter G., Grossberg S., 1987. ART 2: Self-organisation on stable category recognition codes for analog input patterns. Applied Optics 26 (33), 4919-4930.