• A
  • A
  • A
  • АБВ
  • АБВ
  • АБВ
  • А
  • А
  • А
  • А
  • А
Обычная версия сайта

Когнитивные нейронауки: от моделей к нейротехнологиям

Когнитивные нейронауки: от моделей к нейротехнологиям


Научный руководитель
Штыров Юрий Юрьевич

PhD, Ведущий научный сотрудник НИУ ВШЭ, руководитель лаборатории Aarhus University (Denmark)
H-index: 30

руководитель
Ключарев Василий Андреевич

к.б.н., профессор, руководитель Департамента психологии НИУ ВШЭ
H-index: 9

Структура и система управления САЕ

САЕ «Когнитивные нейронауки: от моделей к нейротехнологиям» относится ко второму типу САЕ НИУ ВШЭ.

Состав Управляющего комитета САЕ (руководители ключевых подразделений, входящих в состав САЕ):

 

Белянин Алексей Владимирович

Международный институт экономики и финансов, доцент; НИУ ВШЭ, лаборатория экспериментальной и поведенческой экономики, заведующий лабораторией

Драгой Ольга Викторовна

факультет гуманитарных наук, школа филологии, доцент; НИУ ВШЭ, научно-учебная лаборатория нейролингвистики, заведующий лабораторией

Уточкин Игорь Сергеевич

факультет социальных наук, департамент психологии, доцент; НИУ ВШЭ, научно-учебная лаборатория когнитивных исследований, заведующий лабораторией

Шестакова Анна Николаевна

НИУ ВШЭ, Центр нейроэкономики и когнитивных исследований, директор

Состав международного экспертного совета САЕ

Цель

Создание научно-образовательного центра превосходства, интегрирующего когнитивные нейронауки и вычислительные науки для создания междисциплинарных моделей поведения человека и их применения в разработках новейших нейротехнологий.

Основные задачи

  • Разработка новых междисциплинарных моделей поведения человека в норме и патологии, включая модели восприятия, коммуникации и принятия решения;
  • Имплементация достижений современных когнитивных нейронаук, вычислительных наук и когнитивной психологии в нейротехнологии для восстановления, сохранения и увеличения ресурсов мозга человека и интеграцию мозга с информационно-аналитическими комплексами и робототехническими устройствами;
  • Научная и образовательная поддержка реализации национальной технологической инициативы (НТИ) «НейроНэт» по созданию нейротехнологий на основе современных глобальных технологий Life Sciences в интеграции с информационно-аналитическими комплексами и робототехникой;
  • Развитие междисциплинарных программ аспирантуры и магистратуры по нейротехнологиям на английском языке, конкурентоспособных на мировом образовательном рынке.

Основные ожидаемые результаты

  • создание первого в России исследовательского центра нейроэкономики — нейробиологии принятия решений;
  • выполнение роли российской платформы для интеграции междисциплинарных (социальных, экономических, когнитивных и вычислительных) исследований поведения человека с использованием высокотехнологического «neuroimaging» оборудования, участвующей в глобальной исследовательской повестке Biosciences;
  • создание нового поколения программного обеспечения картирования динамической активности мозга человека;
  • создание новых протоколов стимуляции мозга человека, позволяющих проводить диагностические исследования пациентов;
  • создание коммуникативных систем нового поколения: мозг-компьютер, интерфейсы с использование биологической обратной связи;
  • создание новых подходов к оптимизации процессов принятия решений и прогнозированию поведения в различных контекстах;
  • формирование единого банка экспериментальных нейрофизиологических данных испытуемых для проведения междисциплинарных исследований;
  • внедрение единого трека магистратура-аспирантура на образовательных программах в области когнитивных наук и нейротехнологий;
  • синхронизация магистерских программ «Когнитивные науки и технологии: от нейрона к познанию» (факультет социальных наук) и «Анализ данных в биологии и медицине» (факультет компьютерных наук).
  • подтверждение международной академической репутации ВШЭ за счет вхождения в Топ-100 отраслевого рейтинга QS «Social Sciences & Management», в Топ-100 предметного рейтинга QS «Economics & Econometrics» и в Топ 150 предметного рейтинга QS «Psychology».

Ключевые подразделения и подразделения-партнеры в составе САЕ

Дорожная карта 

 Концепция САЕ (PDF, 813 Кб)

 Дорожная карта (DOCX, 98 Кб)

 Презентация (PPTX, 242 Кб)

Ключевые образовательные программы и их развитие

Магистерская программа «Когнитивные науки и технологии: от нейрона к познанию»

  • Англоязычная магистерская программа «Когнитивные науки и технологии: от нейрона к познанию» – единственная в России магистерская программа в области нейро- и когнитивных технологий на английском языке. На программе в настоящее время обучаются 40 студентов, из них 4 – иностранных. Партнеры программы – Ecole normale supérieure (Paris, France) и Aarhus University (Aarhus, Denmark) – участвуют в разработке программы, руководстве студентами и преподавании учебных курсов. Академический руководитель программы — Шестакова Анна Николаевна.

Магистерская программа «Анализ данных в биологии и медицине»

  • Программа реализуется в тесном сотрудничестве с НИИ Физико-химической биологии им. А.Н. Белозерского МГУ; Институтом общей генетики им. Н.А.Вавилова РАН, Лейденским университетом и др. Академический руководитель программы — Гельфанд Михаил Сергеевич.

К 2020 г. планируется:

  • синхронизация лекционных курсов двух магистерских программ для увеличения возможностей студентов обоих направлений прослушать междисциплинарные курсы в области Life Sciences;
  • увеличение доли иностранных студентов англоязычной программы (до 25%) и заключение партнёрского соглашения с одним из ведущих университетов для реализации программы двух дипломов;
  • разработка коротких модульных курсов, открытых для изучения в рамках программ дополнительного образования по нейротехнологиям;
  • создание в течение ближайших трех лет объединенного трека Магистратура-Аспирантура совместно с аспирантской школой по психологии, что упростит поступление талантливых студентов в аспирантуру и ускорит выполнение квалификационных работ за счет оптимизации теоретической подготовки и высвобождения дополнительного времени на исследовательскую работу; конкурентоспособность этой программы на глобальном рынке будет подтверждена увеличением доли иностранных аспирантов англоязычного трека до 25%.

Ключевые исследовательские проекты и их развитие

1. Нейроэкономические модели принятия решения в различных социальных контекстах

Руководители: Борис Гуткин, ведущий научный сотрудник НИУ ВШЭ и Высшей нормальной школы (Ecole normale supérieur, Paris), Василий Ключаерв, руководитель департамента психологии НИУ ВШЭ,; Алексей Белянин, заведующий Лабораторией экспериментальной и поведенческой экономики НИУ ВШЭ

НИУ ВШЭ развивает единственный в настоящее время в России центр нейроэкономических исследований: разработаны модели мозговых механизмов социального влияния на принятия решений (Klucharev et al, 2009Huber et al, 2015). Сотрудниками САЕ продолжается разработка как нейробиологических моделей нарушений принятия решений, например, модели никотиновой зависимости (Gutkin et al, 2006), так и модели кросс-культурных различий при принятии решений (Kroger et al, 2015).

К 2020 г. планируется продолжить эти разработки на междисциплинарном уровне и получить нейроэкономические модели:

  • нейробиологических механизмов оценки субъективной ценности альтернатив при принятии решений,
  • принятия решения в группе в различных ситуациях социального влияния,
  • нейротехнологии, позволяющие оптимизировать процессы принятия решений, создать прикладные модели и технологии, позволяющие изучать поведения потребителя. 

Наиболее значимые перспективные партнеры – факультет компьютерных наук НИУ ВШЭ, Высшая нормальная школа (Ecole normale supérieure (Paris)), Шарите (Charité – Universitätsmedizin Berlin). Российские партнеры – УНУ МЭГ-Центр МГППУ, Центр Неврологии РАН, Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт».

2. Динамическая коннектомика головного мозга в норме и патологии: алгоритмы, экспериментальные парадигмы и инструменты

Руководители: Вадим Никулин, ведущий научный сотрудник НИУ ВШЭ и Шарите (Charité – Universitätsmedizin Berlin), Алексей Осадчий, профессор НИУ ВШЭ

Коллективом САЕ разработаны новые подходы к исследованию динамики сетей мозга, построенных на основе данных измерений целого ряда технологий, включая транскраниальную магнитную стимуляцию (ТМС), функциональную магниторезонансную томографию (фМРТ), диффузионно-тензорную томографию, оптическую томографию (например, см. Greenblatt et al, 2012; Nikulin et al, 2014).

Проект реализуется совместно с Факультетом Компьютерных Наук (НИУ ВШЭ), МЭГ-центром (МГППУ), обладающим уникальной научной магнитоэнцефалаграфической (МЭГ) установкой (МГППУ), и НИИ нейрохирургии имени Н. Н. Бурденко.

Основным результатом проекта станет разарботка вычислительного ядра, которое ляжет в основу нового поколения программного обеспечения картирования мозга, где в качестве основного объекта будут рассматриваться динамические сети. Разработанные методики, реализованные в виде такого высокоэффективного вычислительного ядра и встроенные в существующие пакеты обработки МЭГ, ЭЭГ и фМРТ данных будут использованы в целях исследования функциональных нейронных сетей, обеспечивающих когнитивные функции, а также для диагностики и предоперационного картирования пациентов.

3. Универсальный «мозг-компьютер интерфейс» с обратной связью для индивидуального и коллективного пользования

Руководители: Михаил Лебедев, Duke University, USA; Алексей Осадчий, профессор НИУ ВШЭ

Сотрудники и партнеры САЕ являются лидерами в разработках Нейроинтерфейсов – современной, активно развивающейся технологии для реабилитации больных с неврологическими поражениями, для расширения возможностей управления человеком внешними устройствами, а также для коммуникаций между людьми (Lebedev & Nicolelis 2006). САЕ активно сотрудничает с ННГУ им Лобаческого  в разработках нейроинтефейсов (два крупных совместных гранта), обладая при этом уникальной специализацией в разработке алгоримов анализа динамических сигналов мозга человка. Специалистами САЕ разработаны новые подходы к созданию интерфейсов (Okorokova et al 2015,Shokur et al 2013), и к 2020 г. планируется разработать универсальный интерфейс, который сможет принимать различные биоэлектрические сигналы на входе, выдавать на выходе сигналы обратной связи, а также позволит соединить пользователей в нейрокомпьютерную сеть.

В результате проекта будет создан универсальный интерфейс со следующими компонентами:

  • Многоканальный миоэлектрический интерфейс для генерации письма;
  • ЭЭГ интерфейс с обратной связью;
  • Многоканальный ЭКоГ интерфейс с обратной связью;
  • Интерфейс для транскраниальной магнитной стимуляции (ТМС);
  • Интерфейс для электрической стимуляции мозга.

Единый интерфейс с применением единых протоколов позволит существенно упростить и ускорить каждую отдельную разработку, а также создавать гибридные схемы.

Наиболее значимый зарубежный партнер проекта – Медицинский Центр Duke University (США), совместно с которым осуществляется разработка алгоритмических подходов к созданию интерфейса.

4. Речевые нейротехнологии - разработка объективных неинвазивных методов оценки когнитивных функций, связанных с восприятием и продукцией речи в норме и в патологии

Руководители: Юрий Штыров, ведущий научный сотрудник НИУ ВШЭ и Aarhus University, Denmark; Ольга Драгой, заведующая Научно-учебной лабораторией нейролингвистики НИУ ВШЭ

Лидер проекта Юрий Штыров является одним из ведущих экспертов в области мозговых механизмов речи (Pulvermüller &, Shtyrov, 2006). Работы САЕ позволили приблизиться к раскрытию нейробиологических механизмов речи как в норме (Shtyrov et al 2014), так и в патологии (Laurinavichyute et al 2014). Проект направлен на дальнейшее изучение нейрональных основ патологии речи. 

К 2020 г. в рамках проекта планируется выявить специфические мозговые механизмы нарушения речи при различных заболеваниях и путей компенсаторной реорганизации речевой функции в мозге. Будут разработаны объективные неинвазивные методы оценки когнитивных функций (внимания, лексико-семантический памяти и др.), а также оптимальные протоколы для неинвазивного картирования нейрональной активности, связанной с восприятием и продукцией речи как в норме, так и в патологии (например, при афазии) методами МЭГ, фМРТ и ТМС.

Наиболее значимыми российскими и зарубежными партнерами проекта являются: (1) Центр патологии речи и нейрореабилитации Департамента здравоохранения города Москвы, на базе которого происходит изучение афазий – речевых расстройств, возникших в результате инсульта или травмы мозга (в настоящее время Центр предоставляет магнитно-резонансный томограф Siemens 1.5Т Avanto); (2) Центр передовых исследований Университета Павии (Италия), с которым осуществляется научное сотрудничество в области нейровизуализации языка.

5. Генетическая персонализация нейропластических эффектов неинвазивной стимуляции мозга.

Руководители: Маттео Феурра, доцент НИУ ВШЭ

Последние исследования руководителя проекта показали, что методы неинвазивной стимуляции мозга (НИСМ) позволяют влиять на эффективность работы нейрональных сетей на физиологическом и поведенческом уровне, в т.ч. улучшать когнитивные способности – эффект "neuroenhancement” (Santarnecchi et al 2013Feurra et al 2011). В опубликованных работах показана связь отдельных нуклеотидных полиморфизмов (ОНП) с эффективностью протоколов НИСМ (Shpektor et al 2015).  Проект направлен на разработку новых подходов к стимуляции мозга, позволяющих не только проводить предоперационное тестирование пациентов, их реабилитацию, но и создавать новые подходы к усилению когнитивных функций человека методами стимуляции мозга. В результате проекта будут разработаны новейшие алгоритмы генетической персонализации нейропластических эффектов неинвазивной стимуляции мозга. 

Учитывая вариабельность восприимчивости пациентов с травмами мозга к стимуляции мозга, общая картина генетических механизмов, лежащих в основе пластичности мозга, оцениваемой с помощью неинвазивной стимуляции мозга (noninvasive brain stimulation), позволит разработать методику отбора пациентов, для которых неинвазивная стимуляция мозга (noninvasive brain stimulation) может быть наиболее эффективна, а также будет способствовать выбору оптимального протокола стимуляции.

Наиболее значимые партнеры проекта – Голдсмитский колледж (Goldsmiths, University of London), Национальный исследовательский Томский государственный университет и Психологический Институт Российской Академии Образования – будут проводить генетический анализ всех испытуемых на различия отдельных нуклеотидных полиморфизмов (ОНП), которые могут играть роль в механизмах пластичности.


 

Нашли опечатку?
Выделите её, нажмите Ctrl+Enter и отправьте нам уведомление. Спасибо за участие!