ИСТИНА

Настоящее исследование направлено на выяснения закономерностей организации когнитивных сетей мозга. Когнитивная сеть мозга, это сеть, отдельными узлами в которой являются распределенные группы нейронов, формирующиеся в результате обучения. Каждая такая нейронная группа составляет единицу субъективного опыта, приобретая специализацию и свойственные только ей когнитивные свойства. Активность таких когнитивных нейронных групп проявляется в частности в сетях покоя головного мозга. Сети покоя - скоррелированная активность многих нервных структур вне какой-то внешней стимуляции или функциональной нагрузки - являются фундаментальной эндогенной характеристикой мозга человека и животных. В последнее время анализ функциональной взаимосвязанности сетей состояния покоя стал эффективным методом изучения связи между текущей нейронной активностью и когнитивными процессами. Показано, что изменение функциональной взаимосвязанности сетей состояния покоя происходит при различных психических и когнитивных расстройствах. Однако вопрос о влиянии прошлого опыта на пространственно-временную структуру нейронных сетей состояния покоя исследован недостаточно. Целью настоящей работы является разработка новых методов физико-математического анализа глобальных характеристик сетей мозга для раскрытия этих закономерностей. В частности, в работе исследуются возможности применения с этой целью спектральной теории графов и анализа спектральных свойств сетей мозга (коннектомов).

Будут получены новые данные о том, как экспериментальное когнитивное воздействие влияет на пространственно-временную организацию последующей активности мозга, функциональную взаимосвязанность такой активности, а также, насколько эффект такого воздействия сохраняется во времени. Полученные результаты будут использованы для создания эмпирической модели, описывающей, как фоновая активация когнитивных нейронных сетей транслируется в широкомасштабную активацию областей мозга в состоянии покоя, и насколько данные уровни функционирования нейронных сетей подвержены влиянию прошлого опыта. Применение методов спектральной теории графов, в частности изучение собственных значений и собственных векторов матриц, характеризующих граф, позволит выявить новые коллективные свойства структурных и функциональных сетей, лежащие в основе когнитивной деятельности мозга.

Научный коллектив, работающий по данной теме, опирается на опыт многолетних исследований, позволивших приступить к разработке теории когнитивных нейронных гиперсетей. В частности, коллективом на протяжении многих лет исследуются молекулярные и системные механизмы консолидации долговременной памяти, были найдены гены, ответственные за консолидацию долговременной памяти, а также установлены белок-зависимые механизмы реконсолидации памяти. Для выявления популяций когнитивно индексированных нейронов нами были разработаны и успешно применены различные методы, основанные на ex vivo и in vivo имиджинге активности немедленных ранних генов. При этом различные нейрофизиологические и оптические методы исследований мозга развиваются в тесном сотрудничестве с физиками и математиками, что определило создание в институте постоянно действующего теоретического семинара "Топология мозга", который успешно действует второй год, дав возможность организовать и провести в 2019 первую научную конференцию "Теоретическая физика и математика мозга: интеграция дисциплин и приложений". Заключен и успешно развивается договор о сотрудничестве подразделения с физическим факультетом МГУ, что, в частности, позволило вывести на новый уровень эксперименты с использованием оптических методов исследования активности мозга. Успешно развивается сотрудничество с Научно-исследовательским институтом нормальной физиологии имени П.К.Анохина и Институтом высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН.