В ежемесячном обзоре мы постарались собрать наиболее значимые открытия в области исследований мозга и личности и перспектив эмуляции сознания, произошедшие в апреле. В этот обзор регулярно включаются работы по нейропротезированию и нейрореабилитации, новые методидики картирование мозга, работы, посвященные машинному обучению в нейронауке, успехам в применении и разработке нейроимплантов и зондов, выращивании органоидов мозга. С большим вниманием мы следим за международными проектами по картированию и исследованиям мозга, запущенным в США, Европе, Японии и Китае.
Фото Грега Данна
Механизм хранения кратковременной памяти в гиппокампе детализирован
Исследователи из Фрайбургского университета провели эксперимент на мышах, которые выполняли задания в виртуальной реальности. Данные карты активности клеток мыши ученые получали с помощью методов двухфотонной микроскопии и оптогенетики. Наблюдения показали, что карта активности пирамидальных нейронов в области СА1-3 гиппокампа меняется в зависимости от контекста, в то время как гранулярные клетки зубчатой извилины сохраняют стабильность в течение нескольких дней и не зависят от пространства и контекста. Таким образом, исследователи делают предположение о том, что в гиппокампе работает несколько слоев обработки кратковременной памяти.
Ткань человеческого мозга может жить на лабораторном столе
Исследователи из Института Аллена показали, что ткань человеческого мозга, удаленная во время операции, при условии устойчивого обеспечения кислородом, может выжить в течение трех дней на лабораторном столе. Более того, этих «драгоценных» дней хватило для проведения эксперимента с использованием методов генной терапии, а именно, оптогенетики. Ученые, в реальном времени, имели возможность вызывать спайки индивидуальных нейронов. Исследователи уверены, что открытие будет использовано не только для понимания того, как работает здоровый или больной человеческий мозг, но и для для проверки эффективности потенциальных новых методов генной терапии, прежде чем они будут готовы к клиническим испытаниям.
Новый тип нейронных интерфейсов разработан в MIT Media Lab
Исследователи из Центра экстремальной бионики в MIT Media Lab разработали новый тип нейронных интерфейсов, которые способны посылать команды от центральной нервной системы к роботизированному протезу и ретранслировать обратно импульсы, описывающие движение конечности. Эта новая парадигма, названная agonist-antagonist myoneural interface (AMI) подразумевает и новый хирургический подход при ампутации конечности, в котором петля между поврежденной мышечной тканью и нервами «замыкается» бионическим передатчиком. Восстановленная обратная связь позволяет передавать информацию о длине, скорости и силе сокращения мышц, которая далее интерпретируется мозгом. Операция с использованием AMI была проведена на добровольце — человеке, лишившимся стопы. В результате, пациент оказался в состоянии двигаться более эффективно, чем пациенты с обычной ампутацией. Он также проявлял естественное рефлексивное поведение, такое как вытягивание пальцев ног во время ходьбы и при спуске по лестнице.
Опубликованы самые точные 3d-сканы человеческого гиппокампа
Исследователи центра NeuroSpin, сотрудничающего с Human Brain Project опубликовали 3d-сканы человеческого гиппокампа с беспрецедентным разрешением. С помощью улучшенного метода магнитно-резонансной томографии (ultra-high field magnetic resonance imaging (UHF-MRI)) исследователи достигли разрешения 300 микрометров при исследовании сложной структуры ткани, что в 30 раз точнее любого из МРТ-сканеров, используемых в больницах.
Европейский Human Brain Project продолжает расти
Европейская комиссия и Human Brain Project (HBP) подписали второе грантовое соглашение (SGA2) о финансировании с 1 апреля 2018 года по 31 марта 2020 года на сумму 88 миллионов евро.
Ключевая задача на этом этапе — расширение круга исследовательских сообществ с которыми взаимодействует HBP. Для этого будет продолжено развитие платформы HBP Joint Platform, которая предоставляет доступ к данным и вычислительным мощностям проекта. Так же внимание уделено разработке интерфейсов, инструментам коммуникации, обучения, а также создан отдел технической поддержки HBP High-Level Support Team. «Наш проект растет, и есть много способов присоединиться к нам в качестве партнера или, даже, в роли внешнего пользователя. Мы приглашаем научное и медицинское сообщество к разработке совместных идей и тестированию платформы» — говорится в пресс-релизе проекта.
ИИ учится навигации у живого мозга
Группа ученых из Университетского колледжа Лондона в соавторстве с сотрудниками компании DeepMind обучили сверточную нейронную сеть поиску цели в лабиринте на основе данных симуляции активности нейронов места и нейронов направления головы лабораторных грызунов.
Исследователи обратили внимание на сформировавшийся паттерн активности одного из промежуточных слоев сети — по их мнению, он похож на активность «координатных нейронов» в мозге млекопитающего. Более того, сети в которых не сформировался этот паттерн, хуже решали задачи в лабиринте, который не входил в обучающее множество.
Механизм взаимодействия между нейронами места и координатными нейронами не до конца изучен. Факт того, что искусственная сеть симулировала этот механизм дает ученым основания считать, что его математическое описание возможно.
Основное правило пластичности мозга
Наш мозг известен своей пластичностью. Но если некоторые связи усиливаются, то каким образом нейроны компенсируют это усиление, чтобы не быть перегруженными входящими сигналами? В новой работе исследователи из Института обучения и памяти имени Пиковера в MIT впервые продемонстрировали, как поддерживается этот баланс: когда усиливается один синапс, соседние синапсы в радиусе 50 микрометров тут же ослабевают благодаря определенному молекулярному механизму и действию очень важного белка Arc.
Ослабляющими травматические воспоминания нейронами оказались те же нейроны, которые хранят воспоминания о страхе
Исследователи из Высшей политехнической школы в Лозанне (EPFL) установили, что ослабить травматические воспоминания и тем самым победить посттравматическое стрессовое расстройство можно при помощи тех же самых нейронов гиппокампа, которые хранят воспоминания о страхе.
Авторы работы использовали генно-модифицированных мышей, нейроны которых экспрессировали флуоресцентный белок и светились во время активности. Затем исследователи сформировали у грызунов долговременные травматические воспоминания и при помощи светящихся нейронов установили субпопуляцию нейронов в зубчатой извилине гиппокампа, которая отвечает за хранение этих воспоминаний.
Затем нейробиологи разделили мышей на две группы и обучали их «снижать» страх, — провели тренировку, похожую на поведенческую терапию у людей. Однако в одной группе активность субпопуляции нейронов, которая хранила воспоминания о травматическом опыте искусственно подавлялась. Интересно, что именно эта группа и не смогла избавиться от страха и продолжала проявлять страх в боксе, в котором изначально проходило их «обучение страхом».
Мыши, у которых энграммы страха оставались активны, переставали бояться, но их «нейроны страха» проявляли активность. При этом, чем меньше мыши боялись, тем больше нейронов проявляли активность.
Исследователи полагают, что ответ может быть в том, что поведенческая терапия позволяет заново «переписать» воспоминания, задействова ту же самую популяцию нейронов, и, тем самым, снизить травматический опыт.
Ученые смогли увидеть пульсацию мозга
Оказывается, мозг пульсирует в такт сердечным сокращениям. Записать эту пульсацию удалось радиологам из Стэнфордского университета, которые предложили новый подход «фазово-усиленной МРТ» (Phase-Based Amplified MRI, aMRI), когда работа томографа синхронизируется с пульсом пациента. Этот метод позволил получить серию изображений, привязанных к определенным моментам цикла сердечных сокращений, и скомбинировать их, усиливая отмеченные между изображениями изменения.
При этом исследователи указывают, что различные нарушения развития черепа приводят к изменению картины нормальной «пульсации» мозга.
BCI Award 2018
В конце мая прошло вручение премии в области интерфейсов мозг-компьютер BCI Award 2018. На суд жюри было представлено 12 проектов, в одном из которых принимала участие команда НИУ-ВШЭ http://www.bci-award.com/2018 Впервые конкурс прошел в 2010. Его задача по словам организаторов: «Отметить выдающиеся и инновационные исследования в области интерфейсов мозг-компьютер. Участие открыто для команд исследователей со всего мира».
Автор: Екатерина Шахбазян
Перепечатка разрешается при сохранении ссылок на источник публикации.
