Ученые ННГУ им. Н.И. Лобачевского в эксперименте сумели восстановить активность в поврежденном участке гиппокампа. Для этого они использовали нейросеть, обученную на нейрональных сигналах здорового мозга. Результаты исследования опубликованы в международном научном журнале Algorithms.
Научная группа ННГУ завершила эксперименты в условиях in vitro ― на срезах мозга грызунов. Ученые записали сигналы гиппокампа в здоровых условиях, при нормальном функционировании нейронных сетей и нормальной синаптической передаче между областями гиппокампа. Затем на этих данных была обучена искусственная нейронная сеть: по входным сигналам ИИ смог прогнозировать электрическую активность гиппокампа.
Затем сигналы, предсказанные нейросетью, ученые подали на срезы гиппокампа в реальном биологическом эксперименте. Там использовали электроды, стимулирующие активность в отростках нейронов, а также регистрировали нейрональную активность. После подачи сигнала, предсказанного нейросетью, в поврежденном участке гиппокампа запускалась нейрональная активность. То есть, созданная система способна управлять параметрами нейросигналов, максимально точно повторяя поведение здорового мозга.
«Функциональные области в гиппокампе анатомически немного отличаются друг от друга. Это свидетельствует об уникальной архитектуре связи, поэтому важно именно в гиппокампе изучать то, как идут синаптические контакты, и, если они нарушаются, как их можно заместить и запустить. Это важная область мозга, которая отвечает за функции консолидации памяти, хранения памяти, пространственной навигации», ― сказала старший научный сотрудник НИИ нейронаук ННГУ Альбина Лебедева.
Сейчас научная группа готовится к эксперименту in vivo, на лабораторных крысах. Это будет инвазивная технология, с использованием тонких многоканальных электродов, имплантированных в гиппокамп животного. Электроды могут и регистрировать нейрональную активность, и стимулировать отдельные области в гиппокампе. С имплантированным электродом крысы будут проходить поведенческий тест с использованием VR технологий.
«Сейчас мы разрабатываем установку виртуальной реальности: крыса будет бежать по шару, думая, что бежит просто по поверхности. На экраны, расположенные вокруг нее, будет транслироваться лабиринт. Животное должно будет запоминать, в какой рукав ей нужно поворачивать ― так мы сможем оценить, насколько хорошо крыса запоминает. Одновременно с записью нейрональной активности мы будем стимулировать области гиппокампа ― искусственно добавлять нейрональную активность в мозг животного, чтобы крыса улучшала свои функции памяти», ― рассказала Альбина Лебедева.
Деградация и разрушение нейронов в гиппокампе происходит при нейродегенеративных заболеваниях, например, болезни Альцгеймера или височной эпилепсии. Это приводит к нарушениям памяти. В перспективе исследование может показать, насколько искусственное добавление нейрональной активности может улучшить память.
Фотографии пресс-службы ННГУ (фотограф Андрей Скворцов)
Новость подготовлена при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ
