ИСТИНА

Проект направлен на раскрытие межвидовых мозговых механизмов кодирования комплексных сигналов в сетях нейронов головного мозга при ассоциативном обучении. В фокусе проекта - вопрос о внутренних процессах в нейросетях головного мозга человека и нейронных ансамблей головного мозга животных, определяющих формирование и извлечение ассоциативной памяти о комплексных сигналах естественной среды.

The project is aimed at revealing the interspecies brain mechanisms of encoding complex signals in networks of brain neurons during associative learning. The project focuses on the issue of internal processes in the neural networks of the human brain and neural ensembles of the animal brain, which determine the formation and retrieval of associative memory about the complex signals of the natural environment.

Проект базируется на использовании современных высокотехнологичных методов нейрокартирования – оптического клеточного нейроимиджинга для животных и нейросетевых методов магнитоэнцефалографии (МЭГ) и функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ) для человека. Исследование на мышах направлено на оценку перекрытия популяций нейронов, активированных при извлечении ассоциативной памяти полным комплексным условным сигналом (КУС) и его компонентами. В ходе выполнения проекта будет получен ответ на вопрос, приводит ли ассоциативное обучение на КУС к появлению в мозге таких популяций нейронов, которые одинаково активируются при предъявлении КУС и его отдельных компонентов, а также выявлены конкретные области мозга, в которых это происходит. Методика КУС, адаптированная для нейросетевого исследования головного мозга человека, позволит на основе методов МЭГ и ультрабыстрой фМРТ получить пространственную-временную локализацию нейрональных ансамблей в головном мозге человека, связанных с кодированием мозгом комплексных стимулов и его компонент. В задачи проекта входит выявить в мозговой активности маркеры –пространственно- временные нейросетевые структуры, включающие закономерности коннективности между областями мозга на межвидовом уровне (мыши и человек) и межгрупповом уровне у испытуемых с разной эффективностью рабочей и долговременной памяти. Межвидовое сравнение позволит лучше понять принципы кодирования значимости, присваиваемой определенным стимулам и построение ментальных карт, что является актуальной проблемой, стоящей перед нейронаукой.

Участники данного проекта являются специалистами в области поведенческого, нейросетевого и молекулярного анализа механизмов обучения и памяти в норме и при патологических изменениях памяти. Участники обладают большим опытом разработки различных моделей обучения, в том числе аверсивных, и фенотипирования поведения у мышей. Вовлечение нейронов в когнитивную активность методом картирования экспрессии немедленных ранних генов исследовалось участниками данного проекта на разных видах животных (мыши, крысы, цыплята) и в различных моделях обучения (выработка классических условных рефлексов, выработка пассивного и активного избегания, обучение пищевой зрительной дискриминации, обучение в водном лабиринте Морриса). Для выявления популяций когнитивно индексированных нейронов нами были разработаны и успешно применены различные методы, основанные на ex vivo имиджинге активности немедленных ранних генов: иммуногистохимическое выявление белковых продуктов ранних генов, гибридизация in situ на срезах мозга. Участниками проекта была разработана задача ассоциативного обучения, показавшая свою эффективность для магнитоэнцефалографического исследования мозговых процессов обучения. Методические наработки в отношении организации поведенческой задачи, проведения эксперимента и анализа магнитоэнцефалографических данных будут использованы в настоящем проекте. Участниками проекта была более, чем на порядок увеличена временная разрешающая способность метода фМРТ, что позволило регистрировать нейросетевые активности в задаче одиночных событий. Для данных DTI и фМРТ были разработаны алгоритмы построения структурных и динамических функциональных коннектомов, алгоритмы диагностики графодинамики сетей головного мозга на основе использования методов теории графов, дискретной дифференциальной геометрии и элементов теории Морса. Для анализа сложной иерархии сетей головного мозга человека был разработан подход построения гиперграфов и гиперсетей.

Целью данного проекта является исследование кодирования мозгом комплексных стимулов и сигналов, встречающихся в естественных ситуациях обучения и механизмам присвоения значимости стимулов. Компоненты комплексного сигнала могут быть представлены в мозге как набор из параллельно кодируемых признаков ситуации обучения, каждый из которых кодируется специализированными нейронами своей области коры головного мозга. Согласно другой гипотезе, различные компоненты комплексного сигнала связаны в единую нейрональную репрезентацию, нейроны которой интегрируют информацию о различных сенсорных атрибутах комплексного стимула. В проекте будут получены межвидовые данные по механизмам формирования и извлечения ассоциативной памяти на комплексный сигнал (комбинация визуальных и звуковых стимулов) и принципам построения «когнитивных карт» в головном мозге человека и мыши.