近日，联合核研究所(JINR)出版部发布了一篇题为“重加速带电粒子作用下中枢神经系统结构辐射诱导效应的数学建模”的预印本研究论文(编号P11-2024-49)。该论文由JINR辐射生物学实验室的Batmunkh Munkhbaatar、Bayarchimeg Lkhagvaa和Alexander Bugai共同撰写。

这项研究旨在通过数学建模，深入分析重加速带电粒子对中枢神经系统结构的辐射效应。所获得的数据对于评估星际飞行中的辐射风险以及强子疗法的潜在副作用具有重要意义。

神经元树突中结构元素随机分布的建模方案：a)NMDA 谷氨酸受体模型由四个亚基中具有范德华半径的原子表示(以不同的颜色显示); b) 由两个部分组成的树突棘模型：头部(带有受体)和颈部; c) 树突分支的一段，其棘突随机位于树突上; d) 单个神经元的计算机模型：细胞体(绿色)和树突(深蓝色)，以及分布在其上的棘和突触受体

研究中，作者们提出了神经元树突中结构元素随机分布的建模方案。该方案涵盖了NMDA谷氨酸受体模型、树突棘模型(包括头部和颈部)、树突分支模型以及单个神经元的计算机模型。这些模型充分考虑了中枢神经系统结构的复杂几何形状，以及重加速带电粒子对其的作用机制。

研究团队分析了吸收剂量的空间分布模式，并计算了在带电粒子(从质子到铁离子，能量范围从10到1000MeV/核子)作用下，粒子撞击细胞不同部位(如细胞体、轴突、树突、脊柱)的概率。此外，研究还探讨了由于物理过程导致的连接断裂以及与水辐解产物的化学反应对神经细胞遗传装置和突触造成的直接和间接分子损伤机制。

论文中还讨论了通过实验结果验证计算所需的关键建模参数，以确保模型的准确性和可靠性。

这项工作是在JINR辐射生物学实验室完成的。