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

  • Frolov A.A., Husek D., Muraviev I.P., Polyakov P.Y. Boolean factor analysis by attractor neural network. IEEE Transactions on Neural Networks. 2007. V. 18. N. 3. P. 698-707. DOI: 10.1109/TNN.2007.891664
  • Lemak M.S., Bravarenko N.I., Bobrov P.D., Bezuglov V.V., Ierusalimsky V.N., Storozhuk M.V., Malyshev A.Y., Balaban P.M. Cannabinoid regulation in identified synapse of terrestrial snail. European Journal of Neuroscience. 2007. V. 26. N. 11. P. 3207-3214. DOI: 10.1111/j.1460-9568.2007.05945.x
  • Окнина Л.Б., Шарова Е.В., Матюшина Н.А., Куликов М.А. АВП в динамике восстановления сознания после тяжелой травмы мозга. Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова. 2006. T. 56. № 6. С. 757-766.
  • Frolov A.A. Changes in the external morphology of shells of freshwater bivalves of the superfamily Pisidioidea depending on the geographic location of their habitats. Doklady Biological Sciences. 2006. V. 411. N. 1. P. 464-465. DOI: 10.1134/S0012496606060111
  • Frolov A.A., Prokopenko R.A., Dufosse M., Ouezdou F.B. Adjustment of the human arm viscoelastic properties to the direction of reaching. Biological Cybernetics. 2006. V. 94. N. 2. P. 97-109. DOI: 10.1007/s00422-005-0018-8
  • Khakhalin A.S., Frolov A.A. Joint application of independent component analysis and non-stationary fluctuation analysis for studying the mechanisms of the early phase of long-term potentiation in the rat hippocampus. Neuroscience and Behavioral Physiology. 2006. V. 36. N. 5. P. 429-439. DOI: 10.1007/s11055-006-0036-6
  • Sarkisova K.Y., Kulikov M.A. Behavioral characteristics of WAG/Rij rats susceptible and non-susceptible to audiogenic seizures. Behavioural Brain Research. 2006. V. 166. N. 1. P. 9-18. DOI: 10.1016/j.bbr.2005.07.024
  • Сидорова О.А., Куликов М.А. Оценка опознания эмоций в норме и при очаговой патологии мозга. Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова. 2005. T. 55. № 5. С. 477-484.
  • Фролов А.А., Михайлова Е.С., Прокопенко Р.А., Шевелев И.А., Славуцкая А.В., Конышев В.А. Роль фильтрации в локализации дипольных источников вызванных потенциалов в мозге человека: эксперимент и модель. Журнал высшей нервной деятельности им. И,П. Павлова. 2005. T. 55. № 2. С. 262-271.
  • Хахалин А.С., Фролов А.А. Совместное применение методов анализа независимых компонент и нестационарного флюктуационного анализа для изучения механизмов ранней фазы долговременной потненциации в гиппокампе крысы. Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова. 2005. T. 55. № 3. С. 293-304.
  • Alexandrov A.V., Frolov A.A., Horak F., Carlson-Kuhta P., Park S. Feedback equilibrium control during human standing. Biological Cybernetics. 2005. V. 93. N. 5. P. 309-322. DOI: 10.1007/s00422-005-0004-1
  • Рощин В.Ю., Фролов А.А., Майер М., Бюрно И. Нейросетевая модель выработки представления о трехмерности внешнего мира. Нейрокомпьютеры: разработка, применение. 2004. № 2-3. С. 101-121.
  • Сафиуллина В.Ф., Касьянов А.М., Мурзина Г.Б., Скоринкин А.И., Котов Н.Б., Эзрохи В.Л., Гиниатуллин Р.А. Исследование гигантских деполяризационных потенциалов в неонатальных нейронах гиппокампа. Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова. 2004. T. 54. № 5. С. 648-654.
  • Carenzi F., Bendahan P., Gorce P., Maier M.A., Roschin V.Y., Frolov A.A. A GENERIC NEURAL NETWORK FOR MULTI-MODAL SENSORIMOTOR LEARNING. NEUROCOMPUTING. 2004. V. 58-60. P. 525-533. DOI: 10.1016/j.neucom.2004.01.090
  • Sarkisova K.Y., Midzyanovskaya I.S., Kulikov M.A. Depression-like behavioral alterations and c-fos expression in the dopaminergic brain regions in WAG/Rij rats with genetic absence epilepsy. Behavior and Brain Research. 2003. V. 144. N. 1-2. P. 211-226. DOI: 10.1016/S0166-4328(03)00090
  • Мурзина Г.Б., Фролов А.А. Гистерезис ответа нейронов - один из механизмов длительной синаптической пластичности. Биофизика. 2002. T. 47. № 1. С. 100-106.
  • Фролов А.А., Дюфоссе М.А., Прокопенко Р.А. Нейросетевая моледь кортико-мозжечкового взаимодействия при выборе новой зрительно-моторной координации. Нейрокомпьютеры. 2002. T. 1. № 2. С. 53-62.
  • Frolov A.A., Rashkovsky D.A., Husek D. On Informational Characteristics of Willshaw-Like Auto-Associative Memory. Neural Network World. 2002. V. 12. N. 2. P. 141-157.
  • Мурзина Г.Б., Фролов А.А. Гистерезис синаптической эффективности - один из возможных мехканизмов ассоциативного обучения?. Биофизика. 2001. T. 51. № 6. С. 100-106.
  • Alexandrov A.V., Frolov A.A., Massion J. Biomechanical analysis of movement strategies in human forward trunk bending. II. Experimental study. Biological Cybernetics. 2001. V. 84. N. 6. P. 435-443. DOI: 10.1007/PL00007987
  • Alexandrov A.V., Frolov A.A., Massion J. Biomechanical analysis of movement strategies in human forward trunk bending. I. Modeling. Biological Cybernetics. 2001. V. 84. N. 6. P. 425-434. DOI: 10.1007/PL00007986
  • Prokopenko R.A., Frolov A.A., Biryukova E.V., Roby-Brami A. Assessment of the accuracy of a human arm model with seven degrees of freedom. Journal of Biomechanics. 2001. V. 34. N. 2. P. 177-185. DOI: 10.1016/S0021-9290(00)00179-2
  • Мурзина Г.Б., Фролов А.А. Математическое описание модифицируемых синапсов модели нейронной сети гиппокампа. Биофизика. 2000. T. 45. № 5. С. 915-921.
  • Фролов М.В., Сидорова О.А., Куликов М.А. Моделирование формулы эмоций: субъективные и количественные показатели. Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова. 2000. T. 50. № 3. С. 410.
  • Шарова Е.В., Новикова М.Р., Михеева Т.С., Шишкина Л.В., Куликов М.А. Эффекты сочетанного электролитического стволово-орбитофронтального и стволово-гиппокампального повреждения мозга крыс. Патологическая физиология и экспериментальная терапия. 2000. T. ??. № 3. С. 5-9.
  • Biryukova E.V., Roby-Brami A., Frolov A.A., Mokhtari M. Kinematics of human arm reconstructed from spatial tracking system recordings. Journal of Biomechanics. 2000. V. 33. N. 8. P. 985-995. DOI: 10.1016/S0021-9290(00)00040-3
  • Biryukova E.V., Roby-Brami A., Frolov A.A., Mokhtari M. Kinematics of human arm reconstructed from spatial tracking system recordings. Journal of Biomechanics. 2000. V. 33. N. 8. P. 985-995. DOI: 10.1016/S0021-9290(00)00040-3
  • Frolov A.A., Dufosse M., Rizek S., Kaladjian A. On the possibility of linear modelling the human arm neuromuscular apparatus. Biological Cybernetics. 2000. V. 82. N. 6. P. 499-515. DOI: 10.1007/s004220050603
  • Баженов А.В., Мурзина Г.Б., Клещевников А.В. Модуляция эффективности НМДА рецепторов внутриклеточными агентами. Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова. 1999. T. 49. № 5. С. 733-749.
  • Рощин В.Ю., Фролов А.А., Роби-Брами А. РОЛЬ ВИЗУАЛЬНОЙ КОРРЕКЦИИ НА РАННИХ СТАДИЯХ ДВИЖЕНИЯ ПРИ ВЫУЧИВАНИИ НОВОЙ ЗРИТЕЛЬНО-ДВИГАТЕЛЬНОЙ КООРДИНАЦИИ. РОССИЙСКИЙ ЖУРНАЛ БИОМЕХАНИКИ. 1999. T. 3. № 2. С. 97-98.
  • Biryukova E.V., Roschin V.Y., Frolov A.A., Ioffe M.E., Massion J., Dufosse M. Forearm postural control during unloading: Anticipatory changes in elbow stiffness. Experimental Brain Research. 1999. V. 124. N. 1. P. 107-117. DOI: 10.1007/s002210050605
  • Husek D., Rezankov H., Frolov A.A. Neural Networks from Statistical Point of View. Acta Oeconomica Pragensia. 1999. V. 7. N. 4. P. 63-68.
  • Мурзина Г.Б., Фролов А.А. Генез ритмической активности в модели нейронной сети. Биофизика. 1998. T. 43. № 1. С. 159-164.
  • Фролов А.А., Болдырева Г.Н., Коптелов И.М. Поиск источников патологической альфа-активности при повреждениях структур лимбической системы. Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова. 1998. T. 48. № 4. С. 687-696.
  • Болдырева Г.Н., Манелис Н.Г., Скорятина Н.Г., Фролов А.А. Кросс-корреляция электрических процессов в мозге человека при вовлечении в патологические процессы лимбический структур. Физиология человека. 1997. T. 23. № 2. С. 42-49.
  • Силькис И.Г., Мурзина Г.Б. Модель постсинаптической эффективности дендритного шипика нейрона. Биофизика. 1997. T. 42. № 3. С. 702-710.
  • Силькис И.Г., Мурзина Г.Б. Oб изменениях активности протеинкиназ и протеинфосфатаз в дендритном шипике (исследование с помощью математической модели). Нейрохимия. 1997. T. 14. № 1. С. 48-61.
  • Силькис И.Г., Мурзина Г.Б. Исследование длительной потенциации и депрессии возбудительной передачи с помощью математического моделирования постсинаптических процессов. Доклады РАН. 1997. T. 352. № 3. С. 420-423.
  • Федотова И.Р., Фролов А.А., Маркевич В.А. Влияние поля CA1 гиппокампа на тета-активность в процессе ориентированного поведения у крыс. Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова. 1997. T. 47. № 1. С. 889-897.
  • Frolov A.A., Husek D., Muraviev I.P. Informational capacity and recall quality in sparsely encoded Hopfield-like neural network: Analytical approaches and computer simulation. Neural Networks. 1997. V. 10. N. 5. P. 845-855. DOI: 10.1016/S0893-6080(96)00122-0
  • Силькис И.Г., Мурзина Г.Б. Контрастирование синаптических сигналов как результат одновременной модификации возбудительных и тормозных входов. Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова. 1996. T. 46. № 6. С. 1076-1087.
  • Силькис И.Г., Мурзина Г.Б. Исследование длительной потенциации и депрессии тормозной передачи с помощью математического моделирования постсинаптических процессов. Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова. 1996. T. 46. № 5. С. 917-928.
  • Силькис И.Г., Мурзина Г.Б. Математическое моделирование Са2+-зависимых постсинаптических процессов в гипокампе (индукция длительной потенциации и депрессии). Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова. 1996. T. 46. № 4. С. 674-688.
  • Roschin V.Y., Frolov A.A. MULTIDIMENSIONAL DYNAMIC DIFFERENTIAL NEUROCONTROL. NEURAL NETWORK WORLD. 1996. V. 6. N. 3. P. 355-361.
  • Rezvova I.R., Frolov A.A., Markevich V.A. An investigation of hippocampal theta rhythm of rats as a nonlinear dynamic process. Neuroscience and Behavioral Physiology. 1995. V. 25. N. 5. P. 419-426. DOI: 10.1007/BF02359599
  • Roschin V.Y., Frolov A.A. DIFFERENTIAL NEUROCONTROL FOR LINEAR INERTIAL PLANT. // 1995 RNNS/IEEE 2ND INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON NEUROINFORMATICS AND NEUROCOMPUTERS. 1995. P. 39-45.
  • Режова И.Р., Фролов А.А., Маркевич В.А. Тета ритм гиппокампа крыс как нелинейный динамический процесс. Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова. 1994. T. 44. № 4-5. С. 721-730.
  • Markevich V.A., Zosimovsky V.A., Korshunov V.A., Murzina G.B., Ezrokhi V.L. Identification of a latent state arising in the hippocampus following the cessation of long-term potentiation. Neuroscience and Behavioral Physiology. 1994. V. 24. N. 5. P. 394-399. DOI: 10.1007/BF02359790
  • Маркевич В.А., Зосимовский В.А., Коршунов В.А., Мурзина Г.Б., Эзрохи В.Л. Обнаружение латентного состояния, проходящего в гиппокампе после случайной долговременной потенциации. Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова. 1993. T. 43. № 4. С. 770-777.
  • Маркевич В.А., Зосимовский В.А., Коршунов В.А., Мурзина Г.Б., Эзрохи В.Л. Выявление скрытого состояния, возникающего в гиппокампе, после прекращения длительной потенциации. Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова. 1993. T. 43. № 4. С. 770-777.