Тип: экспериментальный Область знаний: биофизика, радиофизика, прикладная информатика, биотехнологии Метод: регистрация электрической активности нейронов, математический анализ, инженерные решения

Цель работы

Исследование механизмов кодирования и декодирования информации в мозге на примере культуры нейрональных клеток. Создание системы регистрации, анализа и электрической стимуляции клеток с обратной связью в реальном времени. Моделирование и тестирование информационных функций на живых нейронных сетях.

Описание проекта

Основной задачей проекта является выявление стабильных воспроизводимых и уникальных характеристик электрической активности в живых нейронных сетях, определяющих кодирование информации в мозге. Известно, что уникальная архитектура нейронных сетей и уникальные характеристики синаптических контактов и нейрональных клеток определяют "преобразование" биоэлектрических сигналов на пути от сенсорных систем организма к центрам принятия решений в мозге. При подобном преобразовании происходит кодирование сенсорной информации и дальнейшее преобразование. На модели мозга в виде культуры нейронов (~3000 клеток, растущих на мультиэлектродных матрицах) исследуется активность сети клеток при возбуждении отдельных её участков. Информационная функция, выполняемая нейронной сетью, сопоставляется с простой задачей - обхода препятствий роботом с помощью интерфейса взаимодействия. Проект является междисциплинарным и рекомендуется для студентов радиофизического и биологического факультета. В работе широко используются инженерные решения, программирование, математические методы и статистический анализ.

animat

Рисунок 1

  • А - Фотография культуры нейронной сети.
  • Б - Регистрируемый сигнал на электроде в ответ на электрический стимул. Стрелкой отмечен артефакт стимула.
  • В - Схема нейроанимата.
  • Г - Примеры активности нейронов в ответ на стимуляцию различных участков нейронной сети и сопоставления командам робота.

Текущие задачи проекта включают:

  • Исследование стабильности генерации сетевого ответа нейронной сети при низкочастотной электрической стимуляции отдельных нейронов.
  • Исследование характеристик кодирования и декодирования информации в ответе нейронов на электрический стимул.
  • Исследование роли возбуждающих и тормозных связей в нейронной сети при распространении биоэлектрической активности.

Работа выполняется при поддержке грантов:

  • Грант федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009 - 2013 годы (№ 14.B37.21.0927 от 12.11.2012).

Координатор проекта

К.ф-м.н., Пимашкин Алексей Сергеевич (pimashkin@neuro.nnov.ru)

Научные руководители

д.ф.-м.н. Казанцев Виктор Борисович, д.б.н. проф. Мухина Ирина Васильевна

Коллектив исполнителей

Пимашкин Алексей Сергеевич Гладков Арсений Андреевич Казанцев Виктор Борисович Лисятников Александр Леонидович Лепина Анастасия Павловна Мухина Ирина Васильевна

Полезные ссылки

http://www.itogi.ru/nauka/2012/12/175831.html http://en.wikipedia.org/wiki/Cultured_neuronal_networks Google-поиск "нейроанимат"