Исследования мозга и личности, перспективы оцифровки сознания.

Это ежемесячный обзор наиболее важных и интересных новостей от экспертной группы проекта Технологии Долголетия.

В данном разделе мы рассматриваем новости, описывающие открытия, изобретения, новые подходы либо оригинальные метаанализы в сфере, относящейся к исследованиям деятельности мозга, моделирования умственных процессов, исследований нейрональных коррелятов сознания, возможностей расширения возможностей мозга с помощью нейроинтерфейсов, восстановление утраченных функций, как с целью восстановления и расширения утрачиваемых с возрастом функций, так и для разработки механизмов “оцифровки” памяти и личности.

?Нейроимплант может улучшить кратковременную и рабочую память

Профессор биомедицинской инженерии Донг Сонг из Университета Южной Калифорнии представил нейроимплант, улучшающий рабочую и кратковременную память до 30%. Нейроимплант тестировался на 20 добровольцах, у которых уже были вживлены электроды в гиппокамп для лечения и мониторинга приступов эпилепсии.

Перед началом эксперимента участников попросили выполнить задания, при работе над которыми была задействована кратковременная и рабочая память. Затем исследователи проанализировали данные записей нейрональной активности при выполнении заданий из тренировочной сессии и определили участки, которые активировались при успешном выполнении тестовых упражнений. То есть, определили модель наибольшей продуктивности мозга. Во время второй сессии с подобными заданиями, по электродам подавались микроразряды, моделирующие работу гиппокампа согласно этой модели. Результаты участников эксперимента улучшились до 30%.

Ранее подобный метод уже был опробован на млекопитающих и теперь впервые применен на человеке.

https://www.nature.com/articles/nature24636

?Нейроимплант для лечения дискинезии автономно регулирует силу сигнала

Профессор из Университета Калифорнии Николь Сванн (Nicole Swann) представила нейроимплант, который помогает облегчить проявления дискинезии (в том числе при болезни Паркинсона). Устройство может одновременно осуществлять глубокую стимуляцию мозга и записывать активность с поверхности коры, анализировать поступающую информацию и регулировать силу электростимуляции в зависимости от тяжести проявлений дискинезии. Нейроимплант с успехом был протестирован на двух добровольцах с дискинезией в условиях лаборатории и за ее пределами.

https://www.neuro-central.com/2017/11/22/nctalks-sfn17-nicole-swann-adaptive-dbs-parkinsons-disease/

?Фокусированная ультразвуковая стимуляция опробована на овцах и макаках-резус

На встрече Общества Нейронаук исследователи из Гарвардской медицинской школы (Массачусетс, США) представили переносимое устройство, которое производит фокусированный ультразвук для активации или подавления активности в интересующих исследователей участках мозга свободно движущихся овец. Потенциально это первый шаг к  стимулированию специфических областей мозга у движущихся животных. 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. 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.

Источник: http://grantome.com/grant/NIH/R01-MH111763-02

Другая группа во главе с Яном Кубанеком (Jan Kubanek) из Стэнфордского университета, проводила исследование на макаках-резус и показала, что транскраниальная стимуляция фокусированным ультразвуком влияет на глубокие структуры мозга и изменяет поведение приматов. Эти результаты демонстрируют хорошие перспективы метода при лечении неврологических расстройств.

http://bit.ly/2j9O6UE

?Нейрохирурги трансплантировали в мозг живых крыс органоиды из зрелых нейронов человека

Нейрохирурги Пенсильванского университета трансплантировали в зрительную кору  живых крыс органоиды из зрелых нейронов человека. Органоиды возрастом 2-3 месяца были получены из одобренной FDA линии эмбриональных стволовых клеток, модифицированных для экспрессии зеленого флуоресцентного белка (H9-GFP). Через 2 месяца нейроны прижились внутри мозга крыс и даже реагировали в ответ на зрительную стимуляцию.

Недавние достижения в создании органоидов мозга человека из плюрипотентных стволовых клеток открывают широкую перспективу трансплантации аутологичных конструкций нервной ткани, которые эмулируют аспекты архитектуры мозга, особенно слоев коры головного мозга. Метод трансплантации нейронов остается одним из наиболее перспективных методов замены потерянной ткани головного мозга и восстановления неврологической функции.

http://www.abstractsonline.com/pp8/#!/4376/presentation/9226

?Трансплантация нейронных стволовых клеток улучшает исход лечения черепно-мозговой травмы

Чтобы оценить эффективность трансплантации нейронных стволовых клеток при черепно-мозговой травме, исследователи из Университета Майами под руководством Шяма Гажавели (Shyam Gajavelli) провели тесты на крысах с использованием линии нейронных стволовых клеток плода человека. Крыс подвергали проникающей черепно-мозговой травме, а затем вводили стволовые клетки либо непосредственно в поврежденную область, либо рядом с местом повреждения. Оказалось, что стволовые клетки, пересаженные вблизи от ранения выступают в роли барьера и значительно уменьшают распространение повреждений, сохраняя большее количество тканей хозяина. Результаты исследования ставят вопрос о возможностях использования нейронных стволовых клеток при лечении черепно-мозговых травм у человека. Заметим, что эта линия клеток мозга человека уже одобрены FDA для клинических испытаний в лечении инсульта, травм спинного мозга и бокового амиотрофического склероза.

http://www.abstractsonline.com/pp8/#!/4376/presentation/17017

?Тета- и альфа-колебания — бегущие волны неокортекса человека

Биоинженеры из Колумбийского университета изучили механизм масштабной координации активности клеток в мозге человека: бегущие волны тета- и альфа-ритмов. Предполагают, что кортикальные бегущие волны играют роль в поддержании когнитивных способностей. К таким выводам команда исследователей пришла, проанализировав записи электрокортикограммы (ЭКоГ) у семидесяти семи пациентов нейрохирургического отделения, которым было предложено выполнить задания на память. 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. Оказалось, что 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 работы нескольких отделов мозга.

https://www.biorxiv.org/content/early/2017/11/11/218198

?Опубликована первая порция 3-D изображений неронов и их связей в мозге мыши из проекта MouseLight

Как отмечают авторы проекта из Janelia Research Campus уникальность MouseLight в масштабе, детализации и в том, что связи отдельного нейрона прослеживаются во всем мозге, а не отдельном его участке. Команда исследователей хотела бы создать подобную дорожную карту хотя бы для нескольких тысяч нейронов из примерно 70 миллионов в мозге мыши. Пока готова визуализация для 300 нейронов. Подобная карта связей отдельных нейронов могла бы помочь нейробиологам понять как организуются нейронные цепи, и как информация перетекает из одного нейрона в другой между областями мозга и полушариями.

https://singularityhub.com/2017/11/15/a-google-maps-f

?Перестройка моторной коры при использовании интерфейса мозг-машина

Неврологи из Чикагского университета изучили, как реорганизуются связи в моторной коре при подключении к мозгу роботизированной конечности. Оказалось, что даже спустя десять лет моторная кора способна перестроиться и взять на себя управления механическим протезом.

В эксперименте ученые работали с тремя макаками-резус: животные в раннем возрасте получили травмы и остались без одной руки. Спустя годы, именно эти животные приняли участие в эксперименте, так как исследователи хотели протестировать работу интерфейса для пациентов с ампутацией.

Мультиэлектродную матрицу имплантировали в моторную кору трех обезьян. Двум животным имплантировали электродные решетки в кору полушария, противоположное ампутированной конечности. Именно эта область ранее отвечала за ее контроль. Третьей обезьяне электроды поставили на ту же сторону, где руки не было. Эта область контролировала живую конечность и должна была взять на себя контроль еще и над протезом.

В ходе обучения можно было наблюдать, что связи нейронов в той зоне мозга, что долго оставалась без работы быстро укреплялись. На той стороне, что контролировала неповрежденную руку, соединения уже были плотными, но тренировки вызвали неожиданный эффект: сперва связи разрушились, а нейронные сети поредели, и лишь затем возникла новая, плотная сеть.

https://www.nature.com/articles/s41467-017-01909-2

?Управление роботизированной рукой с помощью языка

Неврологи из Университета Ольборга в Дании продемонстрировали возможность управления роботизированной рукой при помощи языка. Две женщины, одна с ограниченной подвижностью, другая с тетраплегией, использовали интерфейс в полости рта, чтобы контролировать 14 движений механической руки в трехмерном пространстве. Пациентка с тетраплегией, управляя роботом, смогла взять бутылку с водой и вылить содержимое в чашку. Это ее первое функциональное действие за 19 лет с момента заболевания.

Внутриротовая пластина содержит 18 индуктивных датчиков вместе с электронной схемой для регистрации сигналов и передачи их по Bluetooth на внешний блок. Авторы внесли изменения в систему iTongue, приспособив ее для управления механическим протезом JACO с семью степенями свободы и трехпалой кистью для захвата предметов. Всего двенадцать возможных команд плюс раскрытие-закрытие кисти потребовало использования 14 датчиков.

https://jneuroengrehab.biomedcentral.com/articles/10…

?Зонд Neuropixels для считывания нейронной активности в живом мозге

Нейроинженеры из Медицинского института Ховарда Хьюза, Университетского колледжа Лондона, а также Института мозга Аллена и других научных учреждений Бельгии, Канады и Британии разработали зонд Neuropixels для высокоточной записи активности нейронов в мозге. Он содержит 384 канала и 960 точек считывания. Длина зонда — сантиметр, этого хватает, чтобы вести запись активности клеток в разных слоях мозга мыши, вплоть до самых глубоких, одновременно.

Зонды с аналогичной плотностью контактов известны, но в них не больше 64 каналов и много отходящих проводов. Зонд Neuropixels передает данные по двум проводкам, а каналы можно переключать, выбирая любые из 960 точек считывания. Это позволяет менять области записи по ходу эксперимента, причем зонд передает сырые данные, а усиление и фильтрация происходят на базе, соединенной с зондом. За счет этого на маленькой подложке умещаются сотни электродов.

Neuropixels оставляли в мозге мышей и крыс на шесть-восемь недель, этого срока с запасом хватает для большинства экспериментов. Сегодня в научных центрах по всему миру тестируют свыше 400 прототипов Neuropixels. Как только новый зонд станет доступен для лабораторий, он заметно ускорит исследования в области нейробиологии. Устройство открывает возможность регистрировать сотни нейронов из разных отделов мозга с высокой точностью и меньшими затратами. Например, с помощью двух зондов зарегистрировали отдельные сигналы от более чем 700 нейронов в мозге живых мышей.

https://www.nature.com/articles/nature24636

?Биоинженеры представили концепцию биосовместимых “живых электродов”

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.

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.

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.

http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201701183/abstract

Автор: Екатерина Шахбазян

Источник: http://rlegroup.net

Источник: cp.unisender.com

Комментарии: