Хакатон «Нейростарт» на Дальнем Востоке

15-19 мая в Дальневосточном федеральном университете состоится хакатон «Нейростарт», пятидневный марафон по созданию устройств взаимодействующих с нервной системой человека, программ, анализирующих её работу и VR-приложений для реабилитации, планирования операций и других медицинских применений. В программе хакатона – четыре параллельных трека.


Нейроинженерная электроника. Проектирование и создание устройств для взаимодействия с центральной и периферической нервными системами человека — получения информации (биопотенциалы — ЭЭГ, ЭМГ, инвазивные нейроинтефейсы, ФМРТ) и передачи (электростимуляция нервов, транскраниальная стимуляция, haptic feedback, нейрофотоника).

Приложения для анализа работы нервной системы. Программные продукты для анализа физиологии и работы нервной системы, приложения работающие данными, полученными от аппаратных средств диагностики и нейроинтерфейсов. Приложения для реабилитации с использованием интерфейсов мозг-компьютер и приложения для врачей и пациентов с заболеваниями нервной системы.

Бионические устройства. Экзоскелеты и бионические протезы, технические средства реабилитации для инвалидов с применением нейротехнологий; средства роботерапии с биологической обратной связью.

VR и AR в нейрореабилитации. Приложения виртуальной и дополненной реальности для реабилитации пациентов с заболеваниями и повреждениями нервной системы. Дополненная и виртуальная реальность для медицинского персонала в неврологии, нейрохирургии и реабилитации.

Какие нейроны помогают нам учиться?

Ученые из отдела нейронных вычислений Окинавского института науки и технологий (OIST) использовали новейшую технологию оптической нейровизуализации, чтобы изолировать нейроны в стриосоме и зарегистрировать их активность. Тем самым они надеялись пролить свет на роль стриосомальных нейронов в обучении с подкреплением. В статье, которая опубликована в журнале eNeuro, показано, что эти клетки играют ключевую роль в процессе прогнозирования награды.

Credit: OIST


Cкопление серого вещества внутри белого на уровне основания полушарий, называемое базальными ганглиями, играет важную роль в обучении с подкреплением — когда живые существа обучаются, запоминая сенсорные сигналы или действия, которые приводят к хорошим или плохим результатам. Большая часть базальных ганглиев, так называемое полосатое тело (стриатум), состоит из переплетения двух типов тканей: стриосомы и матрикса. Однако, хотя они были обнаружены три десятилетия назад, их роль в функционировании головного мозга остается загадкой.

Существует предположение, что нейроны стриосомы вовлечены в процесс “прогнозирования награды”. Эти клетки соединяются с нейронами среднего мозга, продуцирующими дофамин — нейромедиатор, вызывающий чувство удовлетворения.

«Прогнозирование награды важно для нашей повседневной жизни, — говорит профессор Кэндзи Дойа, глава отдела нейронных вычислений, — например, когда вы находите свое любимое блюдо на экране выбора или в меню, вы можете получить удовольствие даже до того, как съедите его, и сделаете соответствующий выбор». Но роль стриосомальных нейронов в прогнозировании награды невозможно было подтвердить, ведь они составляют только 15% полосатого тела и разбросаны по нему мозаично, из-за чего их очень сложно изолировать.

Ученые из OIST преодолели это затруднение, используя специальную технологию визуализации и манипуляции с генами. Они работали с трансгенными мышами, которые экспрессируют специфические гены только в стриосомальных нейронах. Эти гены отвечают за синтез кальциевых индикаторов, которые флуоресцируют при нейронной активности. А благодаря новейшему эндомикроскопу со стеклянным стержнем в качестве линзы, разработанному в Стэнфордском университете, исследователи смогли изучать стриосому с минимальной инвазией. Используя этот метод визуализации в работе с трансгенными мышами, ученые смогли наблюдать стриосомальные нейроны в течение длительных периодов времени и измерять их активность.

Базальные ганглии (показано голубым). Credit: Wikimedia Commons


Исследователи давали мышам четыре разных запаха: банан, лимон, корицу и мяту. После каждого запаха следовало один из типов подкрепления — много воды, мало воды, струя ветра в мордочку или ничего. Мыши запоминали запах, после которого следовало позитивное подкрепление и начинали лизать трубку еще до того, как по ней начали подавать воду.

Исследователи показали, что стриосомальные нейроны проявляли бо́льшую активность в ответ на запахи, связанные с ожидаемым позитивным подкреплением (подача воды). Притом чем больше было ожидаемое количество жидкости, тем выше была активность. Исследуемые клетки также были возбуждены в процессе самого подкрепления (подачи воздуха или воды). Все это подтверждает участие стриосомальных нейронов в прогнозировании награды и передаче данных об актуальном подкреплении. Также было установлено, что наивысшая степень активности отмечается на ранних стадиях обучения, примерно через одну — две недели после начала процесса.

Понимание специфической роли стриосомальных нейронов должно помочь исследователям диагностировать и лечить расстройства, вызванные проблемами в этой части мозга — например, хорею Гентингтона.

«Мы многое можем почерпнуть у  мышей, потому что мозаичное строение стриосомы и матрикса в человеческом и мышином мозгу аналогично», — говорит Томохико Йошизава, один из авторов исследования.


Текст: Денис Гордеев

“Reward-Predictive Neural Activities in Striatal Striosome Compartments” by Tomohiko Yoshizawa, Makoto Ito and Kenji Doya in eNeuro. Published January 29 2018.
doi:10.1523/ENEURO.0367-17.2018

Читайте материалы нашего сайта в FacebookВКонтакте и канале в Telegram, а также следите за новыми картинками дня в Instagram.

Лекция Михаила Лебедева. Интерфейс между мозгом и компьютером

Четверг, 26 апреля 2018 года, 19:00, Москва, Культурно-просветительский центр «Архэ».

Высшая школа экономики и Культурно-просветительский центр «АРХЭ» приглашают на цикл лекций программы «Когнитивные науки и технологии: от нейрона к познанию»

Тема пятой лекции: «Интерфейс между мозгом и компьютером».

Разработчик нейрокомпьютерных интерфейсов, классик этой проблематики Михаил Лебедев (Университет Дьюка)  расскажет о своих экспериментах, в которых он вживлял в мозг обезьян электроды и считывал информацию. Эти эксперименты нужны для того, чтобы разработать интерфейсы для людей страдающих от паралича: воспользовавшись интерфейсом, парализованный человек сможет управлять при помощи мыслей движениями протеза, либо работать с компьютером. Более, того возможно посылать информацию извне в мозг — таким способом ученые стремятся восстановить утраченные ощущения: зрение — слепым, слух — глухим, осязание — парализованным. В будущем нейрокомпьютерные интерфейсы найдут широкое применение в медицине и других отраслях.

О курсе лекций «Когнитивные науки и технологии: от нейрона к познанию»:

На лекциях курса, которые прочтут для вас специалисты в области когнитивных наук, вы узнаете о том, как устроен наш мозг, как он работает, реагирует на наши ошибки и помогает нам приспособить поведение к изменяющимся условиям среды. Мы поговорим о том, что такое когнитивный диссонанс и как он связан с политикой, медициной, журналистикой, кем и как была разработана теория когнитивного диссонанса и как работает наше внимание. Также мы обсудим методы и исследования, используемые в современной когнитивной нейронауке, в том числе разработку нейрокомпьютерных интерфейсов и то, какую пользу они принесут человечеству в будущем.

Лекции проводятся с 29 марта по четвергам 19:00.

Стоимость билета: 500 руб. Бесплатно тем, кто учится (школьники, студенты, магистранты, аспиранты).
Абонемент на курс (5 лекций) — 2000 руб.

Для тех, кто не успевает или не имеет возможности прийти на лекцию, есть возможность смотреть интернет-трансляцииСтоимость трансляции 200 р.
Оплатить можно через TimePad.

Адрес: Москва, Армянский пер. д. 4, корп. 2, Департамент психологии НИУ ВШЭ, ауд. 205.
Проезд: до станции метро «Китай-город», «Лубянка».
Схема проезда

Подробнее о курсе «Когнитивные науки и технологии»

Картинка дня: как увидеть движение нейронов в живом существе

Credit:  Liu et al./Science 2018.


Ученые скомбинировали две современные технологии визуализации и смогли достичь беспрецедентного уровня детализации в наблюдении за отдельными клетками в живом организме. В результате удалось запечатлеть движение отдельных клеток опухоли, образование связей между нейронами и движение иммунных клеток во внутреннем ухе рыбы. На снимке, сделанном группой, руководителем которой был лауреат Нобелевской премии по химии 2014 года Эрик Бетциг (за прорывы в оптической микроскопии), вы видите, как образуют связи нейроны в спинном мозге рыбки данио рерио. В ближайшие дни мы расскажем вам подробности этой захватывающей работы, опубликованной в Science.

Читайте материалы нашего сайта в FacebookВКонтакте и канале в Telegram, а также следите за новыми картинками дня в Instagram.