Наша географияЗаявка на членство+7 916 848-78-01info@rusneuro.net
О НейроНетеНаша миссияЧлены союзаНовостиПресс-центрДокументыАрхивКонтакты
Новости / Обзор новостей нейротехнологий 11.11.17 - 17.11.17
Новости
17.11.2017

Обзор новостей нейротехнологий 11.11.17 - 17.11.17

Бегущие волны в мозге человека

“Theta and alpha oscillations are traveling waves in the human neocortex” | BioRxiv | doi: 10.1101/218198

  имиджинг

Биоинженеры из Колумбийского университета изучили новый механизм координации активности клеток в мозге человека: бегущие волны тета- и альфа-ритмов. Такие волны состоят из пространственно-когерентных осцилляций, они постепенно движутся по коре подобно волнам на поверхности воды. Бегущие волны широко изучались на животных, на мелких участках мозга, и было показано, что они функционально важны для разных форм поведения. У людей в масштабе всей коры такие волны наблюдались редко, и ученые сомневались, что они координируют нейронную активность. Авторы показали, что сомневались, похоже, напрасно.

Они открыли потенциальную роль кортикальных бегущих волн в поддержании когнитивных способностей, проанализировав записи электрокортикограммы (ЭКоГ) у семидесяти семи пациентов. Бегущие альфа- и тета- волны обнаружились у 96% испытуемых, в широком диапазоне частот от 2 до 15 Гц. Большинство волн распространялись от затылка ко лбу со скоростью 25-75 см/с. Скорость волны коррелировала с ее частотой, что говорит о том, что волны движутся по коре, следуя принципам фазовых колебательных сетей.

Пространственная топография бегущих волн. Цветные стрелки указывают среднее направление и частоту бегущих волн, наблюдаемых на электроде в пределах 1,5 см.

Авторы исследовали записи с каждого электрода отдельно и измеряли частоты любых узкополосных колебаний, что присутствовали в спектре мощности. Они использовали алгоритм выбора пиков, он отличал узкополосные пики на фоне всей ЭКоГ. Методом круговой статистики они выявили пространственно-временную структуру фаз колебаний, которые систематически перемещаются по коре, у каждого пациента индивидуально. Затем авторы проверили потенциальную функциональную роль бегущих волн, измеряя их динамику в процессе работы памяти.

Волны оказались значимы для поведения, их распространение коррелировало с событиями тестов на запоминание и было более последовательным, если человек справлялся хорошо. Авторы считают, что кортикальные бегущие волны могут повышать синхронизацию мозга. Синхронные колебания в нескольких областях создают несущие сигналы, которые позволяют представить подробную информацию о поведении посредством фазовой и амплитудной модуляции.

Стимуляция мозга ультразвуком из переносного устройства

“Wearable transcranial focused ultrasound system for region-specific functional neuromodulation” | SfN Neuroscience 2017 | NIH Grant

    неинвазивная стимуляция

Инженеры Гарвардской медицинской школы разработали носимую гарнитуру, которая направляет в голову сфокусированный ультразвук для активации или торможения активности клеток в выбранных областях мозга. Энергия доставляется в кору и глубокие зоны с разрешением в несколько миллиметров, что равно объему рисового зерна. Исследование ведется в рамках инициативы BRAIN и представлено на только что завершившемся ежегодном съезде общества нейронаук в Вашингтоне.

Прибор для преобразования электричества в ультразвук весит менее 100 грамм, диаметр корпуса 5 см, фокусное расстояние преобразователя порядка 2-3 см, что позволяет добиться резкого фокуса. Чтобы проверить устройство на крупных животных, авторы создали легкую ультразвуковую гарнитуру для овец, у них череп похож на человеческий по форме и толщине кости. Поскольку распространение ультразвуковых волн сильно зависит от геометрической формы черепа, авторы также разработали метод компьютерного численного моделирования. Он предсказывает расположение акустического фокуса, а также степень затухания звука.

Программа точно предсказала, где ультразвуковые волны будут фокусироваться внутри мозга, принимая во внимание кривизну черепа. Прибор также совместим с МРТ, что позволяет  исследователям проводить стимуляцию и тут же изучать функциональные эффекты от подачи ультразвука в мозг. Исследователи протестировали прибор на четырех анестезированных овцах и продемонстрировали, что фокусировка ультразвуковых волн на моторной коре активирует мышцы ног при подавлении активности в сенсорной области.

Ученые ожидают, что способность носимого гаджета стимулировать конкретную область мозга с высокой точностью, без каких-либо операций или медикаментов, откроет новые возможности не только для нейрофизиологических исследований, но и для клинических применений. Это поможет разработать новые стратегии, от функционального картирования мозга до лечения многочисленных неврологических и психических расстройств. Авторы планируют в следующий раз проверить гарнитуру на бодрствующих подвижных овцах.

“Живые электроды” для стимуляции мозга

“Engineered Axonal Tracts as “Living Electrodes” for Synaptic-Based Modulation of Neural Circuitry” | Advanced Functional Materials | doi: 10.1002/adfm.201701183

  нейромодуляция

Биоинженеры из Пенсильванского университета презентуют концепцию “живых электродов”, которые не только полностью совместимы с тканью, но и растут в ней, точно связываясь с клетками нужного типа. Идея в том, чтобы роль длинного зонда с электродами выполнял пучок нервных волокон, вживленных в мозг извне. Авторы радикально решают проблему биосовместимости. Вместо того чтобы искать новые материалы, стремясь снизить иммунный ответ, авторы берут обычные нейроны -- ведь аксон тоже принимает и передает электрический потенциал.

В центре -- стандартный электрод, воздействие сильное, но нет избирательности. Справа -- оптрод, избирательность есть, но свет проникает неглубоко. Слева -- живой электрод: высокая избирательность, долгий срок службы, не требует введения вируса в ткани.

Нейроны сперва выращивают in vitro, в полой трубке из агарозы диаметром до 500 мкм. На одном конце помещают клетки, а полость заполняют коктейлем из внеклеточного матрикса, чтобы направлять рост аксонов вдоль трубки. Такая “микроколонка” может быть от 5 до 30 мм в длину. Далее ее имплантируют в выбранное место коры, вводят как обычный зонд. Разница в том, что часть трубки, что находится внутри мозга, со временем рассасывается и остается лишь пучок нервных волокон -- по нему можно отправить сигнал в мозг. 

Причем нейроны можно вырастить из стволовых клеток самого человека, тогда организм примет их как своих. Можно их запрограммировать на синаптическую связь только с клетками определенного типа, что даст избирательность стимуляции. Далее, нейронам (живым электродам) можно придать чувствительность к свету, заранее встроив ген светочувствительного белка. Тогда вспышка света запустит потенциал действия, и не нужно подводить ток. И конечно, нейроны в пучке можно  по-разному запрограммировать и получить разные режимы стимуляции.

Слева: аксоны выходят из микроколонки и связываются только с нейронами заданного типа (круги, а не звездочки) Справа: схема смешанного электрода, где одна субпопуляция (синие клетки) возбуждаются красным светом, а другая субпопуляция (темно-зеленые клетки) может быть подавлена зеленым светом.

Такой живой электрод, по мере того как гидрогелевый кожух исчезнет, интегрируется в ткань мозга, включится в нейронную сеть и будет работать дольше обычных зондов, гипотетически всю жизнь организма. При этом один аксон способен синаптически связаться с сотнями и даже тысячами клеток. Авторы пишут, что уже строят живые электроды, где от 5 000 до 50 000 нейронов в колонке, и она лишь в два раза толще человеческого волоса.

Пока идею, похожую на интерфейс из “Аватара”, по-настоящему не протестировали, но у авторов богатый опыт в тканевой инженерии. Они считают, что живые электроды могут оказаться более выгодной стратегией для воздействия на глубокие слои мозга, ибо дают большую специфичность и более длительные сроки работы интерфейса, по сравнению с имеющимися подходами.

Органоиды из клеток человека в мозге живых крыс

“Transplantation of human cortical organoid tissue for reconstruction of rat visual cortex” | SfN Neuroscience 2017 | 273.05

  органоиды

Нейрохирурги того же Пенсильванского университета трансплантировали в мозг живых крыс органоиды из зрелых нейронов человека. Органоиды были получены из линии эмбриональных стволовых клеток, модифицированных для экспрессии зеленого флуоресцентного белка. Нейроны прижились внутри мозга крыс и даже реагировали в ответ на зрительную стимуляцию. Исследование также было представлено на ежегодном съезде общества нейронаук в Вашингтоне.

Взрослых самцов крыс анестезировали, вскрывали им череп и делали биопсию мозга -- щипцами вынимали кусочек ткани 2х2 мм. Затем органоиды из нейронов возрастом два и три месяца клали в возникшую полость первичной зрительной коры. Грызуны жили так два месяца, после чего их снова анестезировали, вставляли 32-канальный электрод и записывали вызванную активность органоидов.

Когда ученые светили крысам в глаза или стимулировали области мозга, вовлеченные в зрение, клетки в органоиде отвечали потенциалами. Это показало, что человеческая мозговая ткань стала функционально интегрирована с тканью мозга крыс.

Из одиннадцати крыс органоиды выжили у семи. Внедренные клетки вырастили много отростков в мозг животных, отдельные аксоны простирались на 1,5 мм от места трансплантации в мозолистое тело -- пучок волокон, соединяющих левое и правое полушария головного мозга. Авторы также наблюдали в органоидах популяции клеток-предшественников, то есть созревание нейронов человека не закончилось и продолжалось уже внутри мозга крыс.

Авторы надеются, что церебральные органоиды будут однажды использоваться для лечения черепно-мозговых травм, инсульта и даже шизофрении и аутизма. Трансплантация ткани, которая уже организована, структурирована и проявляет электрическую активность -- органоид мозга -- может работать лучше, чем просто инъекции отдельных клеток. Органоиды будут более эффективно интегрироваться с поврежденным мозгом, включаться в работающие сети и строить новые.  

13.07.2018Обзор новостей нейротехнологий 07.07.18 - 13.07.18

Самые актуальные новости за неделю

Подробнее
13.07.2018EdTech Акселератор ED2: старт второго набора

ED2 совместно с негосударственным институтом развития «Иннопрактика» и «Global Venture Alliance» объявляют о запуске второго набора образовательных стартапов в отраслевую программу акселерации 

Подробнее
12.07.2018Отраслевой союз «Нейронет» запускает специальный образовательный проект «Нейро Академия»

Проект направлен на складывание устойчивого молодёжного сообщества, объединенного идеей построения нового будущего через призму развития рынка Нейронет

Подробнее
12.07.2018Медицинские разработки резидентов «Сколково» внедрят на Новгородчине

Это предусмотрено соглашением о сотрудничестве, подписанным председателем правления Фонда «Сколково» Игорем Дроздовым и губернатором Новгородской области Андреем Никитиным

Подробнее
10.07.2018Мастер-класс по работе с интерфейсом мозг-компьютер

14 июля 2018 г. на площадке ФРИИ (Фонда развития интернет-инициатив) состоится мастер-класс по работе с интерфейсом мозг-компьютер, на котором специалисты расскажут обособенностях работы потребительских нейроинтерфейсов и сферах применения технологии

Подробнее
10.07.2018Высшая Инжиниринговая Школа НИЯУ МИФИ представляет образовательную программу для магистратуры

Среди направлений обучения - прикладное программирование (Python и SQL), нейросетевое моделирование, машинное обучение, управление проектами

Подробнее
6.07.2018Обзор новостей нейротехнологий 30.06.18 - 06.07.18

Самые актуальные новости за неделю

Подробнее
6.07.2018Хакатон по созданию умных чатботов в МФТИ

На Физтехе завершился хакатон и летняя школа DeepHack.Chat, организованные лабораторией нейронных систем и глубокого обучения МФТИ в рамках работы над проектом iPavlov

Подробнее
6.07.2018Робототехника сегодня и перспективы шагающих роботов

Отраслевой союз «Нейронет» и Neuro Academy представляют летнюю серию лекций, на которых можно будет узнать как меняется сфера нейротехнологий, куда движется роботехника и изучить особенности психо-физиологии человека

Подробнее
6.07.2018Генетика может влиять на успехи сборной России по футболу

Ученые Genotek исследовали генетические маркеры, связанные со спортивными способностями, и частоту их встречаемости среди населения 70 стран, чьи национальные сборные вошли в усредненный рейтинг FIFA

Подробнее
5.07.20184 июля прошел очередной штаб рабочей группы «Нейронет» НТИ

В рамках штаба было представлено четыре проекта

Подробнее
4.07.2018Открытая лекция о виртуальной реальности

6 июля 2018 г. в Сколковском институте науки и технологий состоится открытая лекция о виртуальной реальности

Подробнее
2.07.2018Проекты НейроЧат и Нейробарометр на XIV Международном междисциплинарном конгрессе «Нейронаука для медицины и психологии»

4-10 июня в Крыму, городе Судак состоялся XIV Международный междисциплинарный конгресс «Нейронаука для медицины и психологии», в рамках которого были представлены доклады и проведены лекции на тему исследований нервной системы и использованию полученных данных на практике

Подробнее
29.06.2018Обзор новостей нейротехнологий 23.06.18 - 29.06.18

Самые актуальные новости за неделю

Подробнее
123242, г. Москва, Малый Конюшковский пер., д. 2, оф. 17