Новые публикации сотрудников

Спецвыпуск журнала "Биохимия"

Interplay between neural signaling and metabolic pathways: At the crossroads of brain health and disease

Тематика выпуска: биохимия, мозговая сигнализация может быть на любом уровне: гены, белки, медиаторы, сетевые изменения и пр.

Начат приём публикаций. Для получения подробной информации пройдите по ссылке.

Информация для сотрудников

Лаборатория математической нейробиологии обучения

Лаборатория математической нейробиологии обучения специализируется на междисциплинарных исследованиях в области двигательного управления, биомеханики, вычислительной нейробиологии и нейроинтерфейсов.

Основные направления текущих работ

  • изучение физиологических основ и поиск клинических применений нейроинтерфейсов;
  • поиск маркеров восстановления двигательных и когнитивных функций в ходе реабилитации после инсульта, черепно-мозговой травмы, ДЦП;
  • поиск маркеров зеркальной иллюзии и фантомного синдрома;
  • исследования с использованием инвазивной ЭЭГ, решение отдельных задач в области инвазивных нейроинтерфейсов;
  • изучение механизмов управления двигательными синергиями;
  • исследование скрытых процессов планирования и подготовки к выполнению сложных движений;
  • исследование механизмов проприоцептивной чувствительности и разработка методов ее объективной оценки при различных патологиях;
  • восстановление сенсомоторных и когнитивных функций при пробуждении от сна.

Наши партнеры

Исследования лаборатории проводятся совместно с коллективами Пироговского университета, Российского центра неврологии и нейронаук, Московского областного научно-исследовательского клинического института им. М. Ф. Владимирского, НИМЦ ЛРЦ Минздрава России.

Методы исследований

Основными инструментальными методами исследований, проводимых с участием сотрудников лаборатории являются: электроэнцефалография, электромиография, спектроскопия в ближней инфракрасной области, инвазивная ЭЭГ (совместно с клиническими партнерами), регистрация движений с помощью электромагнитных либо оптических систем, видеоанализ движений.

Основные результаты

  • расчет информационной емкости нейронной сети при различных механизмах ее пластичности;
  • разработка методов Булевского факторного анализа, в том числе на основе нейронных сетей, способных формировать ансамбли, кодирующие объекты внешнего мира без учителя, только на основе учета статистических особенностей сигналов, поступающих в мозг от этих объектов;
  • создание нейросетевой модели сенсомоторной интеграции и формирования оценки размерности окружающего пространства;
  • создание модели долговременной потенциации и депрессии на основе фосфорилирования синаптических рецепторов, объясняющей, почему сходные изменения на уровне нейронной активности приводят к различным последствиям на уровне синаптической пластичности в гиппокампе и мозжечке;
  • разработка методов описания движения в терминах индивидуальных суставных углов поворота вокруг неортогональных осей, которые определяются геометрией суставов;
  • описание двигательных синергий высокоточных рабочих движений руки в зависимости от степени овладения двигательным навыком;
  • разработка концепции собственных движений (eigenmovements) – двигательных синергий, управление которыми нервная система может осуществлять независимо и устойчиво даже при наличии значительных задержек в петле сенсомоторной обратной связи;
  • создание инструментальных методов объективной оценки нарушений проприоцептивной чувствительности;
  • организация и участие в масштабных междисциплинарных межорганизационных проектах по применению нейроинтерфейсов в реабилитации двигательных нарушений, в результате которых был создан первый в России реабилитационный комплекс, включающий нейроинтерфейс, получивший регистрационное удостоверение медицинского изделия;
  • описание паттернов электрической и метаболической (гемодинамический ответ) активности мозга, наиболее специфичных для выполнения задач на двигательное представление ри управлении нейроинтерфейсом у в норме и у постинсультных больных, а также у детей с диагнозом ДЦП;
  • разработка нейроинтерфейса, основанного на спектроскопии в ближней инфракрасной области и исследование его клинических применений;

Краткая история лаборатории

Лаборатория математической нейробиологии обучения была создана в 1970 году вначале как группа физиологической кибернетики. В 1978 году группа получила статус лаборатории, а в 1989 году получила современное название. С 1972 по 2018 год лабораторией руководил её создатель и идейный вдохновитель, д.б.н., к.ф-м.н., профессор Александр Алексеевич Фролов (1943-2020).

С начала создания и до начала 90-х годов ХХ-го века основной обязанностью лаборатории было оказание помощи сотрудникам Института в обработке и анализе получаемых экспериментальных данных на общеинститутских вычислительных машинах, техническое обслуживание которых также входило в обязанности лаборатории. В это же время велась активная работа по разработке нейронных моделей ассоциативной памяти.

Начиная с 90-х годов в лаборатории сформировались такие направления как разработка методов регистрации и анализа движений, анализ инструментальных движений у высококлассных специалистов, диагностика различных патологий и оценка хода восстановления движений при момощи биомеханического анализа, разработка моделей двигательного управления, исследования работы мозга на основе решения обратной задачи электроэнцефалографии (ЭЭГ) и биофизические модели синаптической пластичности. Исследования в области моделирования управления движением со стороны центральной нервной системы велись в тесном сотрудничестве с Национальным Центром Научных Исследований Франции (CNRS) и клиникой Университета Фрайбурга (Германия), а исследований мозговой активности на основе анализа ЭЭГ – в сотрудничестве с Институтом информатики Чешской Академии Наук.

Список сотрудников

Список публикаций

Статьи

  • Бобров П.Д., Исаев М.Р., Коршаков А.В., Оганесян В.В., Керечанин Я.В., Поподько А.И., Фролов А.А. Источники электрофизиологической и фокусы гемодинамической активности мозга, значимые для управления гибридным интерфейсом мозг-компьютер, основанным на распознавании паттернов ЭЭГ и спектрограмм ближнего инфракрасного диапазона при воображении движений. Физиология человека. 2016. T. 42. № 3. С. 12-24. DOI: 10.7868/S0131164616030048
  • Саркисова К.Ю., Федотова И.Р., Сурина Н.М., Николаев Г.М., Перепелкина О.В., Полетаева И.И. Влияние хронического введения флуоксетина на аудиогенную эпилепсию, симптомы тревожности и депрессии у крыс четырех линий. Доклады Академии Наук. 2016. T. 467. № 2. С. 238-241.
  • Фролов А.А., Бирюкова Е.В., Бобров П.Д., Курганская М.Е., Павлова О.Г., Кондур А.А., Турбина Л.Г., Котов С.В. Эффективность комплексной нейрореабилитации пациентов с постинсультным парезом руки с применением нейроинтерфейса «“мозг-компьютер”+ экзоскелет». Альманах клинической медицины. 2016. T. 44. № 3. 280–286.
  • Фролов А.А., Бирюкова Е.В., Павлова О.Г., Мокиенко О.А., Будилин С.Ю., Кондур А.А., Иванова Г.Е., Старицын А.Н., Бушкова Ю.В., Джалагония И.З., Азиатская Г.А., Хижникова А.Е., Червяков А.В., Люкманов Р.Х., Черникова Л.А., Котов С.В., Турбина Л.Г., Бобров П.Д., Курганская М.Е., Лукьянов А.Л., Надарейшвили Г.Г. Предварительные результаты контролируемого исследования эффективности технологии ИМК–экзоскелет при постинсультном парезе руки. Вестник Российского государственного медицинского университета. 2016. № 2. С. 16-23.
  • Sarkisova K.Y., Fedotova I.R., Surina N.M., Nikolaev G.M., Perepelkina O.V., Poletaeva I.I. Effect of chronic fluoxetine treatment on audiogenic epilepsy, symptoms of anxiety and depression in rats of four lines. Doklady Biological Sciences. 2016. V. 467. N. 1. P. 55-58. DOI: 10.1134/S0012496616020058
  • Sarkissova K.Y., Fedotova I.R., Surina N.M., Nikolaev G.M., Perepelkina O.V., Poletaeva I.I. Effect of chronic fluoxetine treatment on audiogenic epilepsy, symptoms of anxiety and depression in rats of four lines. Doklady Biological Sciences. 2016. V. 467. N. 1. P. 55-58. DOI: 10.1134/S0012496616020058
  • Котов С.В., Турбина Л.Г., Бобров П.Д., Фролов А.А., Павлова О.Г., Курганская М.Е., Бирюкова Е.В. Применение комплекса «Интерфейс “мозг-компьютер” и экзоскелет» и техники воображения движения для реабилитации после инсульта. Альманах клинической медицины. 2015. T. 39. 15–21.
  • Basterrech S., Bobrov P.D., Frolov A., Husek D. Nature-inspired algorithms for selecting EEG sources for motor imagery based BCI. // Artificial Intelligence and Soft Computing, Pt Ii (Icaisc 2015). 2015. V. 9120. P. 79-90.
  • Biryukova E.V., Bril B., Frolov A.A., Koulilov M.A. Movement kinematics characterise the level of motor skill: the case of stone knapping in India. Motor Control. 2015. V. 19. N. 1. P. 34-59. DOI: 10.1123/mc.2013-0042
  • Sharova E.V., Shendiapina M.V., Boldyreva G.N., Davydova N.Iu., Migalev A.S., Chelyapina-Postnikova M.V., Kulikov M.A., Zhavoronkova L.A., Enikolopova E.V., Fadeeva L.M., Kornienko V.N. The analysis of fMRT answer's individual variability at healthy examinees when opening eyes, motor and speech tests. Fiziologiia cheloveka. 2015. V. 41. N. 1. P. 5-16. DOI: 10.7868/s0131164614060113
  • Sharova E.V., Shendyapina M.V., Boldyreva G.N., Davydova N.Y., Migalev A.S., Chelyapina M.V., Kulikov M.A., Zhavoronkova L.A., Enikolopova E.V., Fadeeva L.M., Kornienko N. Individual variation of fMRT responses to eye opening, motor, and speech tests in healthy subjects. Human Physiology. 2015. V. 41. N. 1. DOI: 10.1134/S0362119714060097
  • Котов С.В., Турбина Л.Г., Бобров П.Д., Фролов А.А., Павлова О.Г., Курганская М.Е., Бирюкова Л.М. Реабилитация больных, перенесших инсульт, с помощью биоинженерного комплекса "интерфейс мозг-компьютер+ экзоскелет". Журнал неврологии и психиатрии им. СС Корсакова. Спецвыпуски. 2014. T. 114. № 12. С. 66-72. DOI: 10.17116/jnevro201411412266-71
  • Саркисова К.Ю., Куликов М.А., Кудрин В.С., Мидзяновская И.С., Бирюкова Л.М. Возрастные изменения в поведении, в содержании мнонаминов, их метаболитов и в плотности D1 и D2 дофаминовых рецепторов в структурах мозга у крыс линии Wag/Rij с депрессивноподобной патологией. Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова. 2014. T. 64. № 6. С. 668-685. DOI: 10.7868/S0044467714060094
  • Фролов А.А., Гусек Д., Бобров П.Д., Мокиенко О.А., Черникова Л.А., Коновалов Р.Н. Локализация источников электрической и фокусов гемодинамической активности мозга при воображении движений. Физиология человека. 2014. T. 40. № 2. С. 45-56. DOI: 10.1134/S0362119714030062
  • Bobrov P.D., Frolov A., Husek D., Snasel V. Clustering the Sources of EEG Activity during Motor Imagery by Attractor Neural Network with Increasing Activity (ANNIA). // Fifth International Conference on Innovations in Bio-Inspired Computing and Applications (Ibica 2014). 2014. V. 303. P. 183-191.
  • Kurganskaya M.E., Frolov A., Ioffe M., Karabanov A., Chernikova L. A comparative kinematic analysis of cyclical bending in patients with early stages of Parkinson's disease and in patients with essential tremor. Motor Control. 2014. V. 18. N. 4. P. 331-46. DOI: 10.1123/mc.2012-0096
  • Mokienko O.A., Chernikova L.A., Frolov A.A., Bobrov P.D. Motor imagery and its practical application. Neuroscience and Behavioral Physiology. 2014. V. 44. N. 5. P. 483-489.
  • Бирюкова Е.В., Сироткина И.Е. Из истории отечественной физиологии движений. Журнал Высшей Нервной Деятельности им. И.П.Павлова. 2013. T. 63. № 1. С. 154-172. DOI: 10.7868/S004446771301005X
  • Мокиенко О.А., Бобров П.Д., Черникова Л.А., Фролов А.А. Основанный на воображении движения интерфейс мозг–компьютер в реабилитации пациентов с гемипарезом. Бюллетень сибирской медицины. 2013. T. 12. № 2. С. 30-35.
  • Саркисова К.Ю., Куликов М.А., Кудрин В.С., Наркевич В.Б., Мидзяновская И.С., Бирюкова Е.В., Фоломкина А.А., Базян А.С. Нейрохимические механизмы депрессивноподобного поведения у крыс линии Wag/Rij. Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова. 2013. T. 63. № 3. С. 303-315. DOI: 10.7868/S0044467713030106
  • Фролов А.А., Бирюкова Е.В., Бобров П.Д., Мокиенко О.А., Платонов А.К., Пряничников В.Е. Принципы нейрореабилитации, основанные на использовании интерфейса “мозг–компьютер” и биологически адекватного управления экзоскелетоном. Физиология человека. 2013. T. 39. № 2. С. 99-113. DOI: 10.7868/S0131164613020033
  • Mokienko O.A., Chervyakov A.V., Kulikova S.N., Bobrov P.D., Chernikova L.A., Frolov A.A., Piradov M.A. Increased motor cortex excitability during motor imagery in brain-computer interface trained subjects. Frontiers in Computational Neuroscience. 2013. V. 7. Article 168. DOI: 10.3389/fncom.2013.00168
  • Suntsova M., Gogvadze E.V., Salozhin S., Gaifullin N., Eroshkin F., Dmitriev S.E., Martynova O.V., Kulikov M.A., Malakhova G., Tukhbatova G., Bolshakov A.P., Ghilarov D., Garazha A., Aliper A., Cantor C.R., Solokhin Y., Roumiantsev S., Balaban P.M., Zhavoronkov A., Buzdin A. Human-specific endogenous retroviral insert serves as an enhancer for the schizophrenia-linked gene PRODH. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 2013. V. 110. N. 48. P. 19472-19477. DOI: 10.1073/pnas.1318172110
  • Бобров П.Д., Коршаков А.В., Рощин В.Ю., Фролов А.А. Байесовский подход к реализации интерфейса мозг-компьютер, основанного на представлении движений. Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова. 2012. T. 62. № 1. С. 89-99.
  • Бобров П.Д., Коршаков А.В., Рощин В.Ю., Фролов А.А. БАЙЕСОВСКИЙ ПОДХОД К РЕАЛИЗАЦИИ ИНТЕРФЕЙСА МОЗГ-КОМПЬЮТЕР, ОСНОВАННОГО НА ПРЕДСТАВЛЕНИИ ДВИЖЕНИЙ. ЖУРНАЛ ВЫСШЕЙ НЕРВНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ. 2012. T. 62. № 1. С. 89-99.
  • Федотова И.Р., Узаков Ш.С., Маркевич В.А. Восстановление длительной посттетанической потенциации в условиях пищевой депрессии. Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова. 2012. T. 62. № 5. С. 573-579.
  • Шарова Е.В., Мельников А.В., Новикова М.Р., Куликов М.А., Мац В.Н., Шишкина Л.В., Ермаков А.М. Функциональные эффекты транскраниальной электромагнитной стимуляции (частотой 60 и 70Гц) мозга крыс - интактных и с острым стволовым повреждением. Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова. 2012. T. 62. № 1. С. 65-78.
  • Шарова Е.В., Мигалев А.С., Куликов М.А., Воронов В.Г., Болдырева Г.Н., Жаворонкова Л.А., Скорятина И.Г., Пяшина Д.В., Давыдова Н.Ю., Пронин И.Н., Корниенко В.Н. Сопоставление реактивных изменений ЭЭГ и фМРТ- характеристик мозга здорового человека на основе многомерной статистики. Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова. 2012. T. 62. № 2. С. 143-156.
  • Frolov A., Husek D., Bobrov P.D., Korshakov A., Chernikova L., Konovalov R., Mokienko O. Sources of EEG activity most relevant to performance of brain-computer interface based on motor imagery. Neural Network World. 2012. V. 22. N. 1. P. 21-37. DOI: 10.14311/Nnw.2012.22.002
  • Pryanichnikov V., Andreev V., Bobrov P.D., Biryukova E.V., Frolov A., Kharin K., Kirsanov K., Kostin A., Kuvshinov S., Marzanov Y., Prysev E. Scientific-Educational Distributed Laboratory - Software and Hardware Means. // 23rd International Daaam Symposium - Intelligent Manufacturing and Automation - Focus on Sustainability. 2012. V. 23. P. 1175-1178.
  • Михайлова Е.С., Куликов М.А., Славуцкая А.В., Шевелев И.А. Дипольный анализ вызванной активности мозга человека в оценке динамики зрительного восприятия. Оптический журнал. 2011. T. 1. № 12. С. 34-41.
  • Шарова Е.В., Зайцев О.С., Куликов М.А., Щепетков А.Н., Коробкова Е.В., Челяпина М.В. Функциональные и структурные предпосылки угнетения сознания при тяжелой черепно-мозговой травме. Нейронауки: теоретические и клинические аспекты. 2011. T. 7. № 1-2. С. 68-75.
  • Alexandrov A.V., Frolov A.A. Closed-loop and open-loop control of posture and movement during human trunk bending. Biological Cybernetics. 2011. V. 104. N. 6. P. 425-438. DOI: 10.1007/s00422-011-0442-x
  • Bobrov P.D., Frolov A., Cantor C., Fedulova I., Bakhnyan M., Zhavoronkov A. Brain-Computer Interface Based on Generation of Visual Images. Plos One. 2011. V. 6. N. 6. e20674. DOI: 10.1371/journal.pone.0020674
  • Frolov A., Husek D., Bobrov P.D. Comparison of four classification methods for brain-computer interface. Neural Network World. 2011. V. 21. N. 2. P. 101-115. DOI: 10.14311/Nnw.2011.21.007
  • Roschin V.Y., Frolov A.A., Burnod Y., Maier M.A. A NEURAL NETWORK MODEL FOR THE ACQUISITION OF A SPATIAL BODY SCHEME THROUGH SENSORIMOTOR INTERACTION. NEURAL COMPUTATION. 2011. V. 23. N. 7. P. 1821-1834. DOI: 10.1162/NECO_a_00138
  • Федотова И.Р., Узаков Ш.С., Фролов А.А., Маркевич В.А. Влияние поля CA1 гиппокампа на тета-активность анестезированной уретаном крысы. Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова. 2010. T. 60. № 4. С. 486-492.
  • Chicherov V.A., Mikhailova E.S., Kulikov M.A. Periods of stable and unstable ERP topography for target and nontarget visual stimuli. Optical memory and neural networks. 2010. V. 19. N. 2. P. 172-180.
  • Sarkisova K.Y., Kuznetsova G.D., Kulikov M.A., VanLuijtelaar G. Spike-wave discharges are necessary for the expression of behavioral depression-like symptoms. Epilepsia. 2010. V. 51. N. 1. P. 146-160. DOI: 10.1111/j.1528-1167.2009.02260.x
  • Школьник Т.А., Лущекина Е.А., Куликов М.А., Айрапетянц М.Г. Сопоставление показателей стресса и личностной тревожности у подростков, воспитывающися в полных, неполных семьях и семьях с замещенным родителем. Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова. 2009. T. 59. № 2. С. 162-170.
  • Frolov A.A., Husek D., Polyakov P.Y. Recurrent-neural-network-based boolean factor analysis and its application to word clustering. IEEE Transactions on Neural Networks. 2009. V. 20. N. 7. P. 1073-1086. DOI: 10.1109/TNN.2009.2016090
  • Сидорова О.А., Куликов М.А., Милованова Г.Б., Фролов М.В. Математическое моделирование зависимости между основными компонентами отрицательных эмоциональных состояний. Биомедицинская радиоэлектроника. 2008. T. 1. № 12. С. 57-62.
  • Ткаченко О.Н., Фролов А.А., Верхлютов В.М. Использование метода граничных элементов для уточнения локализации дипольных источников ЭЭГ. Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова. 2008. T. 58. № 2. С. 247-254.
  • Roschin V.Y., Panko M.S., Ponfilenok O.V., Obukhov A.V. Efficiency of three algorithms for classifying EEG patterns related to different mental tasks. International Journal of Psychophysiology. 2008. V. 69. N. 3. P. 181. DOI: 10.1016/j.ijpsycho.2008.05.478
  • Smirnitskaya I.A., Frolov A.A., Merzhanova G.K. A model of reward choice based on the theory of reinforcement learning. Neuroscience and Behavioral Physiology. 2008. V. 38. N. 3. P. 269-278. DOI: 10.1007/s11055-008-0039-6
  • Корнеева Е.В., Голубева Т.Е., Александров А.В., Гурьева Т.И., Дадашева О.А., Сычев В.Н., Раевский В.В. Влияние пренатальной акустической стимуляции на пищевое поведение птенцов японского перепела (Coturnix Coturnix Japonica). Авиакосмическая и экологическая медицина. 2007. T. 41. № 1. С. 47-50.
  • Лосева Е.В., Логинова Н.А., Бирюкова Е.В., Мац В.Н., Пасикова Н.В. Выработка пищевых условных рефлексов у молодых и стареющих крыс в контроле и на фоне введения малых доз интерферона-альфа. Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова. 2007. T. 93. № 4. С. 386-393.
  • Лосева Е.В., Пасикова Н.В., Логинова Н.А., Бирюкова Е.В., Мац В.Н. Влияние интраназального введения малых доз человеческого интерферона-альфа на поведение крыс разного возраста. Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова. 2007. T. 57. № 3. С. 323-335.
  • Сидорова О.А., Куликов М.А. Опознание эмоций человеком по мимическим и вербальным эталонам в норме и при локальной патологии мозга. Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова. 2007. T. 57. № 3. С. 354-361.
  • Смирнитская И.А., Фролов А.А., Мержанова Г.Х. Модель выбора вознаграждения на основе теории обучения по подкреплению. Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова. 2007. T. 57. № 2. С. 133-143.