Между приступами эпилепсии, при повреждении мозга, после инсульта в мозге возникают высокоамплитудные (гигантские) синхронные колебания/импульсы электрической активности, регистрируемые ЭЭГ. Клетки мозга, выделенные из эпилептических очагов, также генерируют периодические высокоамплитудные гиперсинхронные разряды, в основе которых лежит триггерный механизм неизвестной природы. Последнее явление рассматривается как клеточный коррелят эпилептиформной активности нейрональной сети и получило название пароксизмальный деполяризационный сдвиг (PDS). С момента открытия PDS в 1960-х годах существование необычного режима электрической активности нейронов, в нейрональной сети было показано не только при эпилепсии, но и при ишемии, и ряде других нейродегенеративных заболеваниях. Как минимум, три колебательные системы включены в формирование кластера PDS. Колебания потенциалов действия (ПД), колебания PDS и колебания кластеров PDS. Все три системы имеют автоволновую природу. Автоволновая природа ПД изучена достаточно подробно. Пейсмекерная клетка генерирует периодические автоволны ПД, постоянно деполяризуя мембрану. Признаками автоволны являются: постоянство амплитуды импульсов (незатухание), наличие медленной фазы между импульсами ПД и механизма временной инактивации (отключения) среды, чтобы обеспечить однонаправленное движение автоволны, триггерная положительная обратная связь, усиливающая сигнал генератора, наличие ингибитора возбуждения, наличие источника энергии. При увеличении деполяризации частота генерации ПД может либо монотонно возрастать, либо формируется режим пачечной активности ПД, который получил название «берсты». Внешне «берсты» похожи на кластеры PDS, но отличаются по амплитуде управляющей деполяризации. В кластере PDS максимальная амплитуда деполяризации может превышать потенциал реактивации Na+ канала.

Предполагается, что начальное формирование пачки ПД происходит за счет импульса деполяризации, генерируемого низкопороговыми Са2+ каналами. А преобразование в кластер PDS происходит вследствие потери ГАМК-зависимого торможения и гиперсинхронизации пачек ПД и импульсов Са2+. При этом, периодические кластеры PDS и сопутствующие им Са2+ импульсы имеют все признаки и свойства автоволны. Поведение PDS в кластере также носит колебательный характер. Неизвестный механизм открывает канал PDS, который обеспечивает быструю деполяризацию до уровня, превышающего потенциал реактивации Na+ канала. При высокой скорости деполяризации на переднем фронте PDS успевает сгенерироваться часто только один ПД. Таким образом, PDS управляет частотой генерации ПД в пачке. Колебания PDS также имеют указанные выше признаки автоволны. В отличие от первых двух колебательных систем для PDS неизвестны ни природа каналов, ни механизмы их регуляции.

Установление природы ионных каналов, принимающих участие в формировании кластеров PDS, является важной задачей, решение которой необходимо для выявления новых мишеней для лечения неврологических заболеваний, связанных с гипервозбуждением. Сложность задачи заключается в том, что в формировании автоволн кластера PDS одновременно могут принимать участие различные ионные каналы.

Between epileptic seizures, after brain damage and stroke, high-amplitude (giant) synchronous oscillations/pulses of electrical activity recorded by EEG occur in the brain. Brain cells isolated from epileptic foci also generate periodic high-amplitude hypersynchronous discharges, which are based on a trigger mechanism of unknown nature. The latter phenomenon is considered as a cellular correlate of epileptiform activity of the neuronal network and is called paroxysmal depolarization shift (PDS). Since the discovery of PDS in the 1960s, the existence of an unusual mode of electrical activity of neurons in the network has been shown not only in epilepsy, but also in ischemia, and a number of other neurodegenerative diseases. At least three oscillatory systems are included in the formation of the PDS cluster: fluctuations of action potentials (AP), fluctuations of PDS and fluctuations of PDS clusters. All three systems have an autowave nature. The autowave nature of PD has been studied in detail. The pacemaker cell generates periodic auto waves of PD, constantly depolarizing the membrane. The autowave attributes are: the constancy of the pulse amplitude (non-attenuation), the presence of a slow phase between the PD pulses and the mechanism of temporary inactivation (disconnecting of the environment) to ensure unidirectional of autowave motion, trigger positive feedback amplifying the generator signal, the presence of an excitation inhibitor, the presence of an energy source. With increasing depolarization, the frequency of PD can either monotonically increase, or a mode of PD “burst” activity is formed. Externally, the bursts are similar to PDS clusters, but differ in the amplitude of the control depolarization. In the PDS cluster, the maximum amplitude of depolarization may exceed the Na+ channel reactivation potential.

It is assumed that the initial formation of the PD bursts occurs due to the depolarization pulse generated by low-threshold Ca2+ channels. And the transformation into a PDS cluster occurs due to the loss of GABA-dependent inhibition and hypersynchronization of PD cluster and Ca2+ pulses. At the same time, periodic clusters of PDS and accompanying Ca2+ pulses have all the autowave attributes and properties. The PDS in the cluster also fluctuate. An unknown mechanism opens the PDS channel, which provides rapid depolarization to a level exceeding the Na+ channel reactivation potential. At a high rate of depolarization at the leading edge of the PDS, often only one PD manages to be generated. Thus, the PDS controls the frequency of PD generation in the cluster. PDS fluctuations also have the above-mentioned the autowave attributes. Unlike the first two oscillatory systems, neither the nature of the channels nor the mechanisms of their regulation are known for PDS.

Identification of the ion channels involved in the PDS clusters formation is an important task, the solution of which is necessary to identify new targets for the treatment of neurological diseases associated with hyperexcitation. The complexity of the task lies in the fact that various ion channels can simultaneously take part in the PDS cluster formation.