近日，聯合核研究所(JINR)出版部發布了一篇題為“重加速帶電粒子作用下中樞神經系統結構輻射誘導效應的數學建模”的預印本研究論文(編號P11-2024-49)。該論文由JINR輻射生物學實驗室的Batmunkh Munkhbaatar、Bayarchimeg Lkhagvaa和Alexander Bugai共同撰寫。

這項研究旨在通過數學建模，深入分析重加速帶電粒子對中樞神經系統結構的輻射效應。所獲得的數據對于評估星際飛行中的輻射風險以及強子療法的潛在副作用具有重要意義。

神經元樹突中結構元素隨機分布的建模方案：a)NMDA 谷氨酸受體模型由四個亞基中具有范德華半徑的原子表示(以不同的顏色顯示); b) 由兩個部分組成的樹突棘模型：頭部(帶有受體)和頸部; c) 樹突分支的一段，其棘突隨機位于樹突上; d) 單個神經元的計算機模型：細胞體(綠色)和樹突(深藍色)，以及分布在其上的棘和突觸受體

研究中，作者們提出了神經元樹突中結構元素隨機分布的建模方案。該方案涵蓋了NMDA谷氨酸受體模型、樹突棘模型(包括頭部和頸部)、樹突分支模型以及單個神經元的計算機模型。這些模型充分考慮了中樞神經系統結構的復雜幾何形狀，以及重加速帶電粒子對其的作用機制。

研究團隊分析了吸收劑量的空間分布模式，并計算了在帶電粒子(從質子到鐵離子，能量范圍從10到1000MeV/核子)作用下，粒子撞擊細胞不同部位(如細胞體、軸突、樹突、脊柱)的概率。此外，研究還探討了由于物理過程導致的連接斷裂以及與水輻解產物的化學反應對神經細胞遺傳裝置和突觸造成的直接和間接分子損傷機制。

論文中還討論了通過實驗結果驗證計算所需的關鍵建模參數，以確保模型的準確性和可靠性。

這項工作是在JINR輻射生物學實驗室完成的。