Наша географияЗаявка на членство+7 916 848-78-01info@rusneuro.net
О НейроНетеНаша миссияЧлены союзаНовостиПресс-центрДокументыАрхивКонтакты
Новости / Обзор новостей нейротехнологий 18.11.17 - 24.11.17
Новости
24.11.2017

Обзор новостей нейротехнологий 18.11.17 - 24.11.17

Синхронизация мозг-мозг может быть коррелятом социального поведения

“Brain-to-brain synchronization between monkey pairs during whole-body navigation” | SfN Neuroscience 2017 | 777.12 / FF21

    

Нейробиологи из Университета Дьюка утверждают, что при социальных взаимодействиях у обезьян развиваются согласованные модели активности мозга. Записывая активность нейронов из первичной моторной коры (М1) в экспериментах с парами обезьян, ученые показали, что клетки М1 не только контролируют движения конечностей, но и отражают взаимодействие двух обезьян, когда они совместно решают задачу на движение. Авторы также показывают, что синхронизация кортикальной активности между двумя мозгами служит коррелятом социальных взаимодействий.

В опытах попарно участвовали три обезьяны с имплантированными в кору массивами микроэлектродов. Одна обезьяна, “пассажир”, сидела в моторизованной инвалидной коляске, которая ехала по комнате к контейнеру с фруктами. Другая обезьяна, “наблюдатель”, сидела на стуле в углу той же комнаты. Она видела коляску с обезьяной и получала сок каждый раз, когда пассажир добирался до фруктов.

Кадр из серии предыдущих экспериментов группы М. Николелиса, где обезьяны учились управлять коляской через интерфейс.

Первоначально траекторию инвалидной коляски строил компьютер. Когда обезьяна-пассажир прибыла к контейнеру, она схватила фрукты, и тут же обезьяна-наблюдатель получила сок. Записи электродов из M1 у обеих обезьян показали, что нейроны пассажира и нейроны наблюдателя учитывают движение коляски, а также расстояние от пассажира до фруктов и от пассажира до наблюдателя. Во время этих пассивных испытаний активность в M1 обеих обезьян сильно синхронизировалась, и до 70 процентов клеток возбуждались одновременно.

Корреляция «мозг-мозг» росла, когда коляска с пассажиром приближалась к контейнеру. Авторы воспользовались этой синхронизацией и через интерфейс Brainet подключили электроды обеих обезьян к программе управления коляской. Путь движения пассажира теперь совместно контролировали сами обезьяны, меняя активность нейронов моторной коры. Чем сильнее синхронизировалась активность M1 двух животных, тем эффективнее обезьяны могли привести коляску к цели и получить вознаграждение. 

Ретинальный протез из органики восстанавливает зрение у крыс

“A fully organic retinal prosthesis restores vision in a rat model of degenerative blindness” | SfN Neuroscience 2017 | 683.02 / EE21

    нейропротезирование

Инженеры из Итальянского института технологий (IIT) разработали искусственную сетчатку из органических материалов, она восстановила связанные со зрением деятельность мозга и поведение у слепых крыс. Люди теряют зрение зачастую из-за мутаций в генах и вызванной ими дегенерации так называемых палочек и колбочек, фоторецепторов на сетчатке глаза. К сожалению, для большинства заболеваний сетчатки нет пока эффективных методов лечения. Исследования на животных помогут развитию протезирования зрения у людей.

Авторы разработали органический протез сетчатки, он выполнен из слоев светочувствительных полимеров и шелка, которые безвредны для иммунных систем человека и крысы, но полностью функциональны внутри глаза. Крыс взяли в качестве моделей пигментной дистрофии сетчатки. Эта болезнь приводит к слепоте из-за разрушения палочек и колбочек, когда те замещаются глиальной и фибриллярной тканью. Ученые имплантировали светочувствительный материал в область сетчатки.

В течение 30 дней после операции грызуны восстановили несколько ключевых аспектов зрительного восприятия. У них появился зрачковый рефлекс, то есть зрачки сужались и расширялись, адаптируясь к свету или темноте. В сетчатке наблюдалась электрическая активность, а крысы стали избегать освещенных мест. Авторы также сделали позитронно-эмиссионную томографию и увидели рост активности нейронов первичной зрительной коры. Изменения держались весь период наблюдений, вплоть до 10 месяцев после введения имплантата.

Организм крыс хорошо адаптировался к новой сетчатке, глаз сохранял свою анатомию. Результаты эксперимента дают надежду, что дегенеративную слепоту можно будет излечивать при помощи нового поколения органических, высоко биосовместимых, недорогих и функционально автономных фотогальванических протезов. Авторы далее планируют протестировать сетчатку на свиньях, что гораздо лучше моделирует имплантацию и хирургические процедуры на людях.

Стимуляция мозга с обратной связью в реальном времени

“All-optical closed-loop feedback control of targeted neuronal populations in awake animals” | SfN Neuroscience 2017 | 437.08 / WW37

     нейромодуляция

Нейробиологи из Стэнфордского университета разработали систему стимуляции мозга с замкнутым контуром обратной связи. Техника строится на оптических методах и одновременно позволяет наблюдать работу нейронов и изменять их активность. Причем интенсивность стимуляции растет или падает в зависимости от текущего состояния клеток. Метод поможет ученым изучить, как популяции нейронов регулируют свою активность, как она нарушается при расстройствах, и каким путем можно восстановить их нормальную деятельность.

Хотя активность мозга постоянно меняется, большинство стратегий стимуляции на сегодня являются «разомкнутыми», то есть они игнорируют текущую активность и другие особенности состояния мозга. Режим стимуляции задается программно, где заранее установлены частота и интенсивность. Но воздействие будет эффективнее, если оно станет учитывать ответную реакцию мозга. То есть в реальном времени корректировать силу стимула и форму волны на основе текущей активности в тех же или других областях мозга. К сожалению, этого трудно достичь с помощью электрических методов из-за артефактов и отсутствия избирательности.

Авторы обратились к оптическим методам, где в основе визуализации и стимуляции -- свет. Чтобы разработать адаптивную систему управления, они создали генетически измененных мышей. Ген флуоресцентного индикатора Ca2 + вызывал свечение нейронов, когда те были активными, а ген светочувствительного белка опсина, работающего в ином спектре, позволял применить оптогенетику и стимулировать нейроны светом. Получился замкнутый контур -- измеряя флуоресценцию, вы знаете текущий уровень возбуждения клеток и можете тут же менять подачу света на них.

Реакции Ca2 + записывали методом фотометрической независимой фотосъемки. Опсины в нейронах стимулировали лазером через ту же оптику, что использовалась для записи свечения. Если активность мозга в определенной области снижалась, программа повышала количество и длительность импульсов света. Если нейроны возбуждались выше заданного уровня, стимуляция прекращалась, позволяя клеткам успокоиться. Авторы считают, что регулирование активности станет ключевым инструментом в изучении нарушений активности мозга в будущих исследованиях.

Моторные нейроны управляют мышцами в пробирке

“Engineering a bio-inspired, three-dimensional spinal cord-skeletal muscle soft robot” | SfN Neuroscience 2017 | 781.11 / II2

   мягкие роботы

Биоинженеры из Иллинойского университета в Урбане-Шампейне построили робота из живых компонентов. Они создали привод из мышечных клеток на трехмерном печатном каркасе из  гидрогеля и отдали его под контроль популяции нейронов. Гибридный робот совершал механическую работу в ответ на нейрональные импульсы. Исследование открывает путь для разработки мягкой робототехники и моделей для изучения нейромышечной дегенерации.

Авторы экстрагировали часть спинного мозга крысы и культивировали его в чашке Петри. Они связали нейроны с мышечными клетками, которые также выращивались в пробирке. Затем ученые оценили способность робота отвечать на классические биологические регуляторы мышечных движений, такие как глутамат -- нейротрансмиттер, который обычно стимулирует сокращение мышц. После ввода глутамата волокна нервно-мышечной структуры сжимались.

Прототип мышечного каркаса с волокнами из предыдущей публикации тех же авторов

Когда авторы ввели препараты, блокирующие глутаматные рецепторы, мышцы сокращаться перестали, точно как это происходит в живом организме. Иммуногистохимическое окрашивание показало, что за время совместной культивации в чашке Петри система развила нервно-мышечные контакты. Она обрела возможность реагировать на внешний раздражитель и генерировать механическую силу; при надлежащей конструкции каркаса она смогла бы перемещаться.

Следующий шаг заключается в том, чтобы связать робота с реальным живым существом, протезируя утраченную функцию. Авторы уже строят in vitro систему для контроля мышц и искусственных конечностей, используя естественные колебания в активности спинного мозга, которые обычно заведуют ритмическими движениями, такими как ходьба и дыхание. У мягких роботов масса биомедицинских применений, от испытательных стендов типа «периферической нервной системы на чипе» до инженерии живых форм.

 

Вышла статья российских ученых в журнале Science

Как устроен опсин для оптогенетики

“Structural insights into ion conduction by channelrhodopsin 2” | Science | doi: 10.1126/science.aan8862

  оптогенетика

Биохимики из МФТИ вместе с германскими коллегами из Юлихского исследовательского центра и Института биофизики им. Макса Планка определили пространственную структуру каналродопсина 2 (ChR2), светочувствительного белка, который служит основным инструментом оптогенетики. Он был открыт у водорослей, но ученые экспрессируют ген ChR2 в нейронах животных, что дает высокую точность активации клеток с помощью света. Несмотря на широкое использование в лабораториях, структура каналродопсина оставалась почти неизвестной.

Ученым удалось получить изображения белка с высоким разрешением. Они также получили изображения мутантной формы белка, что позволило им сравнить структуры и функции различных компонентов молекулы. Используя эти данные, они разобрались, как запутанная сеть водородных связей открывает канал и пропускает ионы. Детальное знание механизма поможет разработать оптимизированные оптико-электронные инструменты для изучения нервной системы.

Авторы наблюдали структуру ChR2 с разрешением 2.4 ангстрем, то есть в одну четвертую нанометра. Они описали потенциальный молекулярный механизм открытия “ворот” в канале. Он напоминает механизм, описанный для бактериородопсина, но имеет важные отличия. Так, у ChR2 вторая спираль отгибается в сторону, запуская поток воды в канал.

Схематично показаны структуры бактериородопсина и каналродопсина 2.

Авторы отмечают три затвора для потока ионов: центральный, внеклеточный и внутриклеточный. Заполненные водой ионопроводящие полости разделяются тремя воротами и расположены так же, как в молекуле бактериородопсина, указывая на общий белок-предшественник. Но в отличие от последовательного переключения ворот, необходимого для накачки ионов в бактериородопсине, все ворота ChR2 должны открываться одновременно. Как и в бактериородопсине, открытие и закрытие ворот, по-видимому, контролируют Шиффовы основания (азометины).

На основе оптогенетики будет разработано множество приложений в сфере науки и медицины. Знание структуры главного светочувствительного белка важно для создания новых инструментов и эффективного применения технологии.

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
29.06.2018Завершился университетский чемпионат НИЯУ МИФИ «World Skills»

Отраслевой союз «Нейронет» выступил партнером секции «Машинное обучение и большие данные»

Подробнее
29.06.2018Как собрать модель потребителя из множества «реальностей»

5 июля в рамках проекта «Университет, открытый городу: Вышка в Парке Горького» пройдет лекция профессора, декана Высшей школы маркетинга и развития бизнеса НИУ ВШЭ Татьяны Комиссаровой

Подробнее
28.06.2018В Самаре разработали тренажер для реабилитации детей с ДЦП с помощью системы оптического трекинга

Специалисты Самарского государственного медицинского университета разработали уникальный программно-аппаратный комплекс ReviMotion для реабилитации детей с ДЦП и другими нарушениями двигательной активности

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