Наша географияЗаявка на членство+7 916 848-78-01info@rusneuro.net
О НейроНетеНаша миссияЧлены союзаНовостиПресс-центрДокументыАрхивКонтакты
Новости / Обзор новостей нейротехнологий 14.10.17 - 20.10.17
Новости
20.10.2017

Обзор новостей нейротехнологий 14.10.17 - 20.10.17

Ультразвуковой сканер мозга для младенцев

“Functional ultrasound imaging of brain activity in human newborns” | Science Translational Medicine | doi: 10.1126/scitranslmed.aah6756

   неинвазивный имиджинг

Французские инженеры из Института Ланжевена в Париже вместе с педиатрами детского госпиталя им. Робера Дебре разработали и протестировали портативное устройство для высокоскоростной функциональной томографии мозга на основе ультразвукового сканирования. Метод не инвазивен и позволяет получать до 10 000 кадров в секунду, что на порядки выше стандартной частоты 50 кадров/сек обычных ультразвуковых сканеров. Прибор достаточно мал, весит 40 грамм и потому им удобно отслеживать активность мозга у новорожденных. Именно на младенцах его и испытали.

Ученые повысили в 50 раз чувствительность допплерографии, известного метода УЗИ диагностики, основанного на эффекте Допплера, где картину скорости и направления кровотока строят по сдвигу частоты ультразвуковых волн, отраженных от движущихся эритроцитов. Но если обычные методы ограничены визуализацией крупных сосудов, новая разработка позволяет отобразить едва уловимые гемодинамические изменения в тонких сосудах головного мозга. И поскольку локальная активность нервных клеток коррелирует с относительным изменением притока крови, новая функциональная визуализация позволяет по картам кровотока строить изображения работы мозга.

Слева: схема размещения УЗ устройства и ЭЭГ-электродов. Справа: фронтальная проекция мозга, полученная с помощью обычного ультразвукового устройства (черно-белое изображение), и комплект сканов той же области, полученных новым методом.

Авторы провели исследования на спящих младенцах. Прибор для ультразвукового сканирования крепился вместе с вязаной шапочкой и не доставлял детям хлопот. Для контроля действия прибора также измеряли пульс, частоту дыхания, записывали непрерывную многоканальную ЭЭГ и видео. Помимо здоровых младенцев томографию делали двум новорожденным с аномальным развитием коры, которое повышает риск эпилептических судорог. Ультразвуковой сканер уловил очень мелкие вариации объема мозгового кровообращения в мозге, и они тесно коррелировали с двумя состояниями сна, различимыми по ЭЭГ.

Мониторинг активности мозга младенца. Ребенок спит в тишине, в отличие от шума при фМРТ.

Прибор также с высоким пространственно-временным разрешением выявил динамику приступов эпилепсии. Авторы смогли отследить, как наполнение сосудов кровью меняется в межприпадочный период, как оно распространяется по коре и где возникают очаги судорожной активности. Они отмечают, что метод позволяет сканировать непрерывно и идеально подходит для изучения аномальной работы мозга, поскольку оно случается в непредсказуемые моменты. Простота и низкая стоимость метода откроет путь для клинических применений, изучения взаимосвязи функций мозга с ЭЭГ и кровотоком. Прежде всего, он полезен для мониторинга младенцев, поскольку ультразвуковые волны глубоко проникают в мозг небольшого размера.

Стимуляция мозга слабым током помогает в обучении

“Transcranial Direct Current Stimulation Facilitates Associative Learning and Alters Functional Connectivity in the Primate Brain” | Current Biology |doi: 10.1016/j.cub.2017.09.020

     неинвазивная стимуляция

Неврологи из Университета Макгилл в Монреале вместе с сотрудниками американского научного центра HRL Laboratories, принадлежащего General Motors и Boeing, испытали на макаках метод транскраниальной стимуляции постоянным током (tDCS). После процедуры tDCS обезьяны улучшили результаты в ассоциативном обучении. Исследователи обнаружили, что стимуляция префронтальной коры вовлекла обширные зоны мозга и вызвала изменения функциональных связей между префронтальными и сенсорными областями. Опыты показали, что усиление связности пространственно разнесенных зон мозга привело к успехам в обучении обезьян.

Метод, известный в России как «транскраниальная микрополяризация», родился еще в 1960-х, но до сих пор вызывает споры — не до конца ясно, как он действует, и эксперименты дают порой разные результаты. Обезьянам закрепили электроды с двух сторон головы и пропускали постоянный ток силой 2 миллиампера через префронтальную кору. Макаки получали сок, если зафиксируют взгляд в нужной части экрана. В опытах животные обучались на 40% быстрее после стимуляции. Авторы записывали локальные потенциалы (LFP), усредненную активность малых популяций и отдельных клеток в нескольких областях неокортекса.

Обезьянам показывали картинки, каждая содержала «область награды» (обозначена кружком, но животные его не видели). В первый раз обезьяна случайно ищет область глазами (синяя траектория), затем запоминает и к 26-й попытке уже быстро находит (желтая траектория).

Ученые проанализировали данные записей и выяснили, что tDCS не влияла на частоту импульсов нейронов. Однако стимуляция ослабила когерентность низкочастотных LFP между отдаленными зонами мозга, а синхронизация высокочастотных потенциалов между ними усилилась. Это усиление хорошо соотносилось с тем, как макаки меняли свое поведение, и авторы приходят к выводу, что для некоторых форм обучения полезный эффект стимуляции возникает как раз за счет повышения функциональной связности разных областей мозга.

Параллельно в журнале PNAS психологи из Бостонского университета сообщают, что методом транскраниальной стимуляции переменным током высокой четкости (HD-tACS) повысили у людей синхронизацию тета ритмов между медиальной лобной долей и правой префронтальной корой. Двадцати минут стимуляции хватило, чтобы участники стали меньше ошибаться и лучше выполнять задачи, связанные с обучением и самоконтролем. И наоборот, де-синхронизация или нарушение синхронизации мозговых волн в этих регионах снижали способность испытуемых обучаться и контролировать поведение. Такие исследования могут привести к инструментам, которые будут улучшать работу мозга, помогая лечить расстройства от тревоги до аутизма.

Рябь в мозге укрепляет память

“Learning-enhanced coupling between ripple oscillations in association cortices and hippocampus” | Science | doi: 10.1126/science.aan6203

    исследования ЦНС

Нейрофизиологи из Нью-Йоркского университета в опытах с крысами установили, что высокочастотные волны активности гиппокампа коррелируют с активностью ассоциативных зон мозга. Эти волны, вероятно, содействуют переходу декларативной памяти из гиппокампа в ассоциативную кору, где память становится долговременной. Ученые использовали микроэлектродные матрицы NeuroGrid, отслеживая активность нейронов в разных участках мозга. Так они смогли определить, какие части коры координируют свои осцилляции с «рябью» в гиппокампе, и что их связь усиливается во время медленного сна после обучения.

 

(A) Активность задней теменной коры (красный), белого вещества (синий) и гиппокампа (черный). Фиолетовым отмечены корреляции гиппокампальной и кортикальной ряби; оранжевым -- активность коры в отсутствие пульсации гиппокампа (шкала 50 мс). (B) Комодулограммы демонстрируют частотную связь между префронтальной корой (слева), а также задней теменной корой (справа)  и гиппокампом. Обратите внимание на сильную комодуляцию в центре шкалы частот. 

Авторы разработали микроэлектродные матрицы на основе полимера, способные регистрировать локальные потенциалы поля и нейронные спайки через дорсальную поверхность мозга крысы.  Сочетая крупномасштабные и высокоплотные матрицы с вживленными зондами, они исследовали на 16 животных, как гиппокамп «общается» с корой. Во время сна в гиппокампе случались вспышки неустойчивой активности нейронов на частоте от 100 до 150 Гц. Такие синхронные высокочастотные ритмы авторы называют рябью. Неожиданно для них рябь зафиксировали и некоторые электроды на матрице NeuroGrid, снимающей активность в коре. Широкий охват NeuroGrid позволил вычислить расположение очага кортикальной ряби — задняя теменная кора.  

В дальнейших экспериментах авторы обнаружили, что два вида активности связаны по времени, и рябь гиппокампа совпадала с кортикальной рябью в окне ± 50 миллисекунд. Поскольку взаимодействие ассоциативной коры и гиппокампа важно для закрепления опыта при обучении, авторы решили проверить, повлияет ли пространственная задача на характер ряби в задней теменной коре мозга. Десяти крысам имплантировали матрицы и электроды, шесть из них искали воду в лабиринте, четыре свободно исследовали пространство. Во время сна записывали активность в гиппокампе и коре. 

Общая структура сна после тестов не изменилась, зато резко возросла связность коры и гиппокампа в плане высокочастотной ряби. Причем эта связь укрепилась у тех шести крыс, что обучались в лабиринте, но не у тех, кто бегал без конкретной задачи. Эти корреляции ритмов наблюдались в фазе медленного сна (NREM) и усиливались после второго дня обучения в лабиринте. Авторы делают вывод, что сцепление высокочастотной активности нейронов гиппокампа и ассоциативных зон коры мозга отражают переход вновь полученного опыта в долговременную память.

Оптоволокно как механический сенсор

“Highly flexible and stretchable optical strain sensing for human motion detection” | Optica | doi: 10.1364/OPTICA.4.001285

    мягкая электроника

Инженеры из Университета Цинхуа в Пекине создали носимый датчик движений на основе оптического волокна. Волокно гибкое и эластичное, чувствует малейшие деформации, выдерживает многократные растяжения, безопасно и устойчиво к электромагнитным помехам. Его можно использовать как сенсор разного типа движений на человеке, например, сокращения мышц, сгибания суставов и колебаний грудной клетки. Это альтернатива электронным датчикам, которые фиксируют изменения в сопротивлении при деформации проводника и оттого зависят от помех и наводок прочей электроники, что работает поблизости.

Авторы искали материал, способный выдерживать изгибы и растяжения, связанные с разнообразием движений человека. Они разработали волокно из мягкого полимера полидиметилсилоксана (PDMS), залив его в трубчатую форму, и в течение 40 минут нагревали до 80°C, чтобы заставить его утолщаться, затем с помощью давления воды выталкивали волокно из формы. Полученный  материал прошел серию тестов, его многократно растягивали в два раза, и даже после пятисот деформаций он возвращался к первоначальной длине. Он отличается механической гибкостью, его можно скручивать и завязывать узлом. Когда авторы уменьшили диаметр волокна с двух до половины миллиметра, его прочность даже возросла.

В полимер подмешали флуоресцентный краситель Родамин Б. Его молекулы поглощают часть проходящего по волокну света, и чем сильнее растяжение, тем потери света больше. Следовательно, измеряя входящий и исходящий свет, можно точно вычислить, насколько волокно деформировано. Авторы протестировали идею, закрепив волокно на резиновой перчатке. По мере того как человек сгибал пальцы, показания датчика постепенно менялись, отслеживая каждое микродвижение. По словам авторов, оптический датчик впервые был использован для снятия движений человека. 

Оптоволокно чувствует движения мышц шеи и сгибания пальцев. Гибкость волокна показана наглядно. 

Волокно проверили, закрепив его на шее испытуемого. Датчик оказался способен воспринимать вибрации гортани, вызванные произносимыми звуками, и мог отслеживать вдох и выдох. Свет шел от галогенной лампы, а уровни света на концах волокна измеряли спектрометром. Чтобы адаптировать технологию до нательного устройства, нужно найти компактный источник света (напр., светодиод) и спектрометр, который можно легко носить. В целом, опыты показывают, что датчик оптической деформации применим для мониторинга разных движений человека, предлагая новый подход в исследовании человеко-машинных интерфейсов. 

17.08.2018Обзор новостей нейротехнологий 13.08.18 - 17.08.18

Самые актуальные новости за неделю

Подробнее
17.08.2018Нейроэкономика. Кто принимает решения за нас?

22 августа состоится очередная лекция, в рамках специального проекта Отраслевого союза "Нейронет" NeuroAcademy, на тему "Нейроэкономика". Лектором выступит кандидат биологических наук, директор Института когнитивных нейронаук НИУ ВШЭ, ведущий научный сотрудник Центра нейроэкономики и когнитивных исследований НИУ ВШЭ Василий Ключарев

Подробнее
15.08.2018Российские генетики научились прогнозировать внешность будущих детей

Научные сотрудники медико-генетического центра Genotek разработали метод, который позволяет прогнозировать внешность будущего ребенка по генетическим данным родителей. Он может стать востребованным в случае массового распространения технологий ЭКО или редактирования генома для выбора родителями внешности их детей.

Подробнее
14.08.2018Как машинам научиться понимать нас?

17 августа состоится очередная лекция, в рамках специального проекта Отраслевого союза "Нейронет" NeuroAcademy, на тему "Нейроинформатика на примере анализа текстов". Лектором выступит Профессор Департамента компьютерных наук НИУ ВШЭ, сотрудник Института высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН, руководитель Microsystems Ltd Александр Харламов

Подробнее
10.08.2018Обзор новостей нейротехнологий 04.08.18 - 10.08.18

Самые актуальные новости за неделю

Подробнее
9.08.2018НейроЧат в числе ста лучших изобретений России по версии Роспатента

Коммуникационная система НейроЧат для людей с серьёзными ограничениями речи и движений, позволяющая общаться силой мысли, была признана одним из лучших изобретений России за прошедший год

Подробнее
7.08.2018Контакт с мозгом: нейроинтерфейсы и искусственный интеллект

14 августа состоится очередная лекция, в рамках специального проекта Отраслевого союза "Нейронет" NeuroAcademy, которая будет посвящена взаимодействию с мозгом. Лектором выступит создатель и руководитель Лаборатории нейрофизиологии и нейрокомпьютерных интерфейсов на базе биологического факультета МГУ им. Ломоносова, Александр Каплан. 

Подробнее
6.08.2018Сбербанк показал, как будет выглядеть его робот «Ника»

Сбербанк показал робота собственной разработки «Ника» с системой искусственного интеллекта iPavlov. 

Подробнее
3.08.2018Обзор новостей нейротехнологий 28.07.18 - 03.08.18

Самые актуальные новости за неделю

Подробнее
2.08.2018Технологическая сингулярность

В рамках образовательного интенсива "Остров 10-21" прошла лекция на тему "Технологическая сингулярность". Спикером выступил амбассадор Университета сингулярности в России, генеральный директор "Орбитал капитал партнерз" Евгений Кузнецов.

Подробнее
1.08.2018Революция в ИИ. Как это было.

31 июля в Отраслевом союзе "Нейронет" прошла очередная лекция в рамках летнего цикла лекций масштабного образовательного проекта Neuro Academy, которая была посвящена "революции глубокого обучения" в технологиях искусственного интеллекта. Лектором выступил Виталий Дунин-Барковский.

Подробнее
30.07.2018Программа мероприятий NeuroHub завершается

В апреле этого года при содействии Центра нейроинформационных технологий негосударственного института развития «Иннопрактика» стартовал проект NeuroHub, который был создан как площадка для развития стартапов в области нейротехнологий и реализован сообществом CommON

Подробнее
27.07.2018Обзор новостей нейротехнологий 21.07.18 - 27.07.18

Самые актуальные новости за неделю

Подробнее
25.07.2018Start up завтрак по технологиям гейминга

28 июля 2018г. на площадке ФРИИ (Фонда развития интернет-инициатив) состоится Start up завтрак, на котором участники обсудят сферы применения, тренды исовременные технологии гейминга

Подробнее
25.07.2018"Революция глубокого обучения" в технологиях искусственного интеллекта

31 июля, в рамках летнего лектория Отраслевого союза "Нейронет" и "Neuro Academy", пройдет лекция, посвященная "революции глубокого обучения" в технологиях искусственного интеллекта. Лектором выступит Виталий Львович Дунин-Барковский.

Подробнее
23.07.2018Тренажером ReviMotion оснастили реабилитационное отделение Самарской городской детской больницы №2

Разработанный командой медиков, инженеров и IT-специалистов Самарского государственного медицинского университета тренажер для восстановления двигательной активности ReviMotionпоставлен в реабилитационный центр Самарской городской детской больницы №2

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