Разработка новых экспериментальных и математических методов анализа и исследование принципов организации когнитивных нейронных сетей мозга животных и человекаНИР

Development of new experimental and mathematical methods for the analysis and study of principles of cognitive neural network organization in the animal and human brain.

Источник финансирования НИР

госбюджет, раздел 0110 (для тем по госзаданию)

Этапы НИР

# Сроки Название
1 1 января 2021 г.-31 декабря 2021 г. Разработка новых экспериментальных и математических методов анализа и исследование принципов организации когнитивных нейронных сетей мозга животных и человека
Результаты этапа: Результаты работы: В работе, проведенной в 2021 г., были разработаны, оптимизированы и протестированы программные средства для проведения популяционного анализа с помощью нейросетевых методов понижения размерности, позволяющие декодировать траекторию бодрствующих экспериментальных животных - мышей линии C57BL6 в исследуемом пространстве (кольцевом треке). Также была проведена верификация разработанных средств путём сравнения качества декодирования пространства всей популяцией нейронов с параметрами пространственной селективности для отдельных нейронов. Области применения полученных результатов: На основе разработанных на данном этапе работы методов будут созданы средства для декодирования более сложного поведения экспериментальных животных по данным нейронной активности, а также для выявления причинно-следственных связей между экспериментальными когнитивными воздействиями и устойчивыми изменениями пространственно-временной организации активности мозга.
2 3 января 2022 г.-31 декабря 2022 г. Разработка новых экспериментальных и математических методов анализа и исследование принципов организации когнитивных нейронных сетей мозга животных и человека
Результаты этапа: В работе, проведенной в 2022 г., были разработаны и оптимизированы методы и подходы для очистки от шумов сигнала кальциевой активности нейронов гиппокампа мыши, а также метод для выделения множественных полей места у пространственно-селективных нейронов. Были получены основные параметры динамики пространсвтенной селективности нейронов шиппокампа мышей, выполняющих задачу навигации в среде со сложной геометрией. Кроме того, была проведена верификация полученных результатов путём сравнения качества декодирования пространства всей популяцией нейронов с параметрами средней пространственной селективности нейронов. Области применения полученных результатов: На основе разработанных на данном этапе работы методов будут созданы средства для более точного и качественного декодирования сложного поведения животных по данным нейронной активности, а также для выявления причинно-следственных связей между экспериментальными когнитивными воздействиями и устойчивыми изменениями пространственно-временной организации активности мозга.
3 2 января 2023 г.-31 декабря 2023 г. Разработка новых экспериментальных и математических методов анализа и исследование принципов организации когнитивных нейронных сетей мозга животных и человека
Результаты этапа: Разработаны и оптимизированы методы и подходы для синхронизаций данных нейронной активности и поведения животных, в частности, автоматического выявления нейронных специализаций. Было проведено сопоставление нейронных специализаций между отдельными нейронами в различных сессиях эксперимента по формированию у мышей травматической памяти. На основе разработанных на данном этапе работы методов будут созданы средства для точных методов выявления и анализа нейронных специализаций, а также для выявления причинно-следственных связей между экспериментальными когнитивными воздействиями и устойчивыми изменениями пространственно-временной организации активности мозга. Проведен анализ особенностей структурных коннектомов головного мозга здоровых людей и больных шизофренией на основе расчета дискретных оценок кривизны Формана-Риччи и Оливье-Риччи. Было обнаружено существенное различие в сходимости по бинам для разницы гистограмм кривизны при статистическом перемешивании в группах больных шизофренией и группы нормы – для больных пациентов она существенно ниже, что подтверждается гетерогенностью симптомов заболевания. Полученные результаты позволяют сделать вывод о большом потенциале применения методов топологического анализа в исследовании структурной и функциональной организации нейросетей головного мозга человека и их динамического взаимодействия в нейрокогнитивных процессах в норме и при патологии.
4 1 января 2024 г.-31 декабря 2024 г. Разработка новых экспериментальных и математических методов анализа и исследование принципов организации когнитивных нейронных сетей мозга животных и человека
Результаты этапа: Настоящее исследование направлено на изучение механизмов устойчивого сохранения долговременной памяти в мозге на трех уровнях: поведение целостного организма, активация различных областей его мозга и вовлечение индивидуальных нейронов в сохранение памяти на разных сроках после ее формирования. В результате ожидается выявить и проанализировать перестройки в когнитивных сетях нейронов, обеспечивающих сохранность памяти, как на уровне структур головного мозга, так и на уровне популяций отдельных нейронов. Этап 2024 года был направлен на получение данных на первом уровне - путем исследования поведения лабораторных животных. Для этого исполнители проекта провели эксперименты по оценке сроков хранения аверсивной обстановочной памяти у мышей, а также по оценке влияния повторных процедур извлечения памяти на сохранность ее поведенческих проявлений. Было показано, что ассоциативная аверсивная память об обстановке у лабораторных мышей хранится в течение 2 месяцев, после чего значительно хуже проявляется в поведении, то есть, вероятно, происходит забывание обстановки обучения. Кроме того, было показано, что в течение 4 подряд процедур тестирования через разные сроки память поведенчески проявляется на высоком уровне, а уже к 5 эпизоду тестирования эти проявления выражены значимо меньше, что возможно, отражает процедуру угашения памяти. Полученные результаты имеют важное практическое значение для установления механизмов разрушения ранее сформированной памяти при различных нейродегенеративных процессах. На основе фМРТ данных были построены функциональные и эффективные коннектомы состояния покоя головного мозга человека в норме и при заболевании шизофренией. Результаты работы показали, что каждая из восьми примененных в работе метрик связности дает свою особенность в структуре коннектомов головного мозга, визуализируя уникальность межсетевых взаимодействий. Сравнение функциональных коннектомов группы нормы и пациентов с диагнозом шизофрения выявило статистически значимые изменения в 193 связях, при этом в 106 связях наблюдается возрастание значения связности, а в 87 связях наблюдается его уменьшение. Результаты исследований различий в структурных, функциональных и эффективных коннектомах пациентов с заболеванием шизофренией и здоровых испытуемых могут быть использованы в создании методики объективной оценки шизофрении. На следующем этапе работы планируется более детально сравнить изменения связности в функциональных и эффективных коннектомах с изменениями морфометрических показателей и связности в структурном коннектоме головного мозга испытуемых для выявления объективных маркеров заболевания шизофренией.
5 1 января 2025 г.-31 декабря 2025 г. Разработка новых экспериментальных и математических методов анализа и исследование принципов организации когнитивных нейронных сетей мозга животных и человека
Результаты этапа:
6 1 января 2026 г.-31 декабря 2026 г. Разработка новых экспериментальных и математических методов анализа и исследование принципов организации когнитивных нейронных сетей мозга животных и человека
Результаты этапа:
7 1 января 2027 г.-31 декабря 2027 г. Разработка новых экспериментальных и математических методов анализа и исследование принципов организации когнитивных нейронных сетей мозга животных и человека
Результаты этапа:
8 1 января 2028 г.-31 декабря 2028 г. Разработка новых экспериментальных и математических методов анализа и исследование принципов организации когнитивных нейронных сетей мозга животных и человека
Результаты этапа:

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".