Сотрудники Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли (США) разработали технологию, которая сделает магнитно-резонансную томографию более дешевой и точной. Для этой цели специалисты использовали вместо сверхпроводящих магнитов крохотные алмазы. Новая технология позволяет добиться более сильной поляризации, повышает разрешающие возможности магнитно-резонансной томографии и способствует более точному установлению диагноза у пациентов. Эксперты уверены, что для производства новых МРТ не потребуется большого количества алмазов. Это означает, что томография станет доступнее и дешевле, чем сейчас.

По материалам runews24.ru

Эпилепсия и пароксизмальные состояния. 2018 Том 10 №2

Обнаружен механизм, который защищает мозг от последствий судорог во время приступа эпилепсии. Судороги приводят к развитию патологических процессов в клетках, но вскоре включается защитный механизм, который подавляет этот процесс. Ученые вызвали припадок эпилепсии у крыс, используя сильный звук. Затем животных усыпляли и изучали мозг. Исследователей интересовала слуховая кора – часть мозга в слуховом анализаторе, которая страдает во время судорог. Анализ показал, что после судорог в слуховой коре увеличивалось содержание липидов. К норме оно возвращалось только через несколько недель. Ученые полагают, что жирные кислоты участвуют в противосудорожных механизмах. Дальнейшие исследования показали, что в еще одной области мозга – зубчатой фасции гиппокампа – растет содержание одной из кислот, которая относится к омега-3 жирным кислотам и защищает клетки от гибели в стрессовой ситуации. Это значит, что в этой области тоже запускаются противосудорожные механизмы. Теперь ученые собираются проверить, являются ли наблюдаемые изменения врожденными защитными механизмами, которые запускаются во время судорог, либо они имеют другую природу.

По материалам 7mednews.

Эпилепсия и пароксизмальные состояния. 2018 Том 10 №2

Международная группа исследователей предложила использовать в качестве биомаркера биологического возраста область кожи вокруг глаз. На основе успешного обучение нейросети на более чем восьми тысячах изображений ученые создали новую программу PhotoAgeClock, а об ее испытаниях сообщили в журнале Aging.

Внешние данные часто могут скрывать настоящий возраст человека. Однако, они способны отражать состояние организма, возникшее под воздействием благоприятных и неблагоприятных факторов: несбалансированного питания, активного образа жизни и фастфуда, алкоголя или табака. Биологический возраст человека или состояние развития человека на физиологическом уровне может использоваться для оценки пагубных факторов, усиливающих и ускоряющих старение организма. Новое исследование под руководством Евгения Боброва из Московского государственного университета и эстонского технологического стартапа HautAI OU создало искусственный интеллект, призванный помочь в этом деле.

Для этого ученые обучили нейросеть на 8414 парных фотографиях верхней части лиц людей и их точного количества лет. Затем они проверили работу программы на других изображениях и выяснили, что самая высокая точность определения была у фотографий с уголками глаз человека. В общей сложности нейросеть смогла определить календарный возраст с точностью до двух с небольшим лет.

Хотя первоначальной цели – определения биологического возраста – исследователи не достигли, они думают, что их разработка поможет дополнить какое-либо другое автоматизированное изобретение по предсказанию возраста. Также они считают, что кожа вокруг глаз и ее возрастные изменения представляют собой значимый параметр при оценке старения человека.

Текст: Екатерина Заикина

http://neuronovosti.ru/kozha-vokrug-glaz-novyj-biomarker-vozrasta/

Несмотря на насущность проблемы, нейронные механизмы, регулирующие наше настроение, практически не изучены. Однако авторы недавней публикации в Cell решили взять быка за рога и положить конец этой вопиющей несправедливости. Они применили методы машинного обучения для обработки электроэнцефалограмм, на которых отображена активность лимбической системы, которая, как принято считать, отвечает за многие наши эмоции.

При этом в каждый момент снятия энцефалограммы фиксировалось субъективное настроение испытуемого. Из множества нейронных связей и сетей, предсказанных разными моделями, выбирали те, которые наиболее эффективно предсказывали настроение у других испытуемых на основании их энцефалограмм. В итоге у 13 из 21 испытуемых удалось найти особую нейронную сеть, связывающую гиппокамп и миндалину (компоненты лимбической системы), которая при плохом настроении начинает функционировать неровно, перескакивая с одних частот на другие.

Причём чем нестабильнее работает эта сеть, тем хуже настроение человека. Более того, у 13 участников исследования, у которых была обнаружена указанная нервная сеть, отличались повышенной тревожностью по сравнению с оставшимися 8 участниками, у которых такой связи между гиппокампом и миндалиной нет.

Исследование примечательно тем, что впервые нейронные структуры внутри мозга были выявлены с помощью вычислительных методов для обработки больших наборов данных. Разумеется, делать окончательные выводы из такой небольшой выборки преждевременно, однако, как показала эта работа, машинное обучение может существенно помочь в обнаружении функциональных связей в головном мозге и даже определить их связь с такими сложными ментальными характеристиками, как настроение.

Текст: Елизавета Минина

http://neuronovosti.ru/gippokamp-mindalina-plohoe-nastroenie/

Многие годы зеленый оставался самым надежным цветом для визуализации живого головного мозга. Теперь в дело вступает красный: исследователи из лаборатории Джона Б. Пирса из Йельской школы медицины и Стэнфордского университета разработали метод визуализации на основании флюоресцентных белков, которые «подсвечивают» активные нейроны красным. Исследование опубликовано в Nature Methods.

В методе используется белок VARNAM (Voltage-Activated Red Neuronal Activity Monitor) – один из пептидов, называемых генетически закодированными индикаторами напряжения (GEVI), которые меняют интенсивность флуоресценции при прохождении электрического импульса через нейрон. Существующие ранее красные флюоресцентные индикаторы визуализировали нейроны не так хорошо, чтобы быть полезными для исследователей, наблюдающих за функционирующим мозгом. К тому же с ранее использованными GEVI нельзя было одновременно подсветить несколько типов клеток разными цветами.

Теперь это возможно: команда продемонстрировала, что VARNAM работает в нескольких системах (in vitro и in vivo) и способен визуализировать всплески активности мозга мухи в двух оттенках – зеленом и красном.

Исследователи опробовали различные красные флуоресцентные белки, прежде чем найти VARNAM с оптимальными фотофизическими свойствами. Для этого они использовали метод автоматического скрининга, который позволил изучить тысячи потенциальных протеинов и выбрать наиболее чувствительные к напряжению – самые яркие и быстрые.

 «VARNAM – это значительный прогресс в контроле электрической активности клеток головного мозга менее инвазивно и более комплексно. В будущем он поможет понять, как сложно устроенная нервная система определяет сложное поведение, отличительную черту человека и животных», – рассказал Винсент Пьерибон (Vincent Pieribone), один из авторов работы.

Текст: Любовь Пушкарская

http://neuronovosti.ru/mozg-vpervye-uvideli-v-krasnom-tsvete/

Российские фармакологи обнаружили, что при введении вещества, активирующего одни из белков-рецепторов центральной нервной системы, у животных снижается навязчивое потребление воды. Примечательно, что при повторном введении препарата устойчивость к эффекту не развивается. Это открытие может быть использовано для разработки новых подходов к лечению обсессивно-компульсивного расстройства и некоторых других психических заболеваний. Статья опубликована в журнале Neuropharmacology. Исследования поддержаны грантом Российского научного фонда (РНФ).

Психические расстройства – одни из самых малоизученных болезней. Методы лечения для некоторых из них до сих пор не найдены или не обладают достаточной эффективностью. По данным ВОЗ, из 870 миллионов человек, проживающих в Европе, около 100 миллионов испытывают состояние тревоги и депрессии, свыше 7 миллионов страдают болезнью Альцгеймера и другими видами деменции. Ряд психических заболеваний, например, лекарственная зависимость, нервная булимия и обсессивно-компульсивное расстройство, связаны с формированием у пациентов компульсивного поведения. При этом у человека формируются навязчивые мысли, от которых он пытается избавиться, настойчиво повторяя одни и те же действия.

В структурах мозга, задействованных в передаче сигнала между клетками при помощи таких гормонов, как адреналин, норадреналин и дофамин, есть особый тип рецепторов, TAAR1. Они представляют собой трансмембранные белки, связанные с вторичными сигнальными системами. Ученые проверили действие активирующего их вещества (агониста) на крысах. Аналоги этого соединения сегодня проходят клинические испытания как новые средства для лечения шизофрении.

Если голодную крысу поместить в специальную камеру, где каждую минуту она получает кусочек корма, животное начинает пить воду в огромных количествах. При этом за час крыса может выпить объем жидкости больше суточной нормы. Этот феномен можно объяснить как защитную реакцию организма на стресс или как накопление мотивационного потенциала («энергии» мотивации), который тратится на добавочные поведенческие реакции. Поскольку питье в этом случае становится навязчивым, его рассматривают как доклиническую модель компульсивного поведения.

«Для анализа поведения используют несколько показателей: объем выпитой воды, число лизаний носика бутылки, продолжительность питья. Центральным для нас был первый параметр», – пояснил соавтор статьи Илья Суханов, заведующий лабораторией фармакологии поведения Института фармакологии имени А.В. Вальдмана ПСПбГМУ имени акад. И.П. Павлова.

Ученые обнаружили, что при введении активатора (агониста) TAAR1 объем компульсивно выпитой воды уменьшается. Этот эффект зависит от дозы: чем больше вводили препарата, тем меньше воды потребляли животные. В контрольных экспериментах авторы работы доказали, что исследуемое соединение влияет именно на питье, а не на чувство жажды и двигательную активность.

Также ученые проверили, насколько вызванный эффект устойчив при повторном введении вещества. Известно, что при первом применении фармакологические препараты могут быть эффективны, но при последующих введениях их действие снижается. Развитие устойчивости (толерантность) – одна из глобальных проблем фармакологии.

«Толерантность в моделях на экспериментальных животных практически не оценивают, наша работа оказалась первым исследованием реакции животных на повторное введение TAAR1-агонистов. Мы показали, что устойчивость к обнаруженному эффекту снижения компульсивного питья не развивается», – отметил Илья Суханов.

Полученные результаты позволят разработать новые терапевтические подходы к лечению ряда психических расстройств. Проведенный анализ эффектов TAAR1-агониста при повторном введении важен для прогноза результатов долговременного применения других препаратов этой группы, которые сейчас проходят третью фазу клинических испытаний, организованных фармацевтическими компаниями F. Hoffmann-La Roche и Sunovion.

Текст: пресс-служба РНФ

http://neuronovosti.ru/issledovateli-obnaruzhili-preparat-podavlyayushhij-navyazchivoe-povedenie-u-krys/

Швейцарские исследователи разработали систему ультразвуковой функциональной нейровизуализации, благодаря которой удалось получить изображение областей мозга, работающих во время оптокинетического рефлекса. Ученые смогли добиться высокой детализации снимков, и это особенно важно, учитывая, что сбор информации выполнялся прямо во время поведенческого акта. Подробности работы опубликованы в журнале Neuron.

На сегодняшний день одним из самых точных методов, помогающих изучать активность мозга во время выполнения той или иной задачи, остается функциональная магнитно-резонансная томография (фМРТ). Однако, она обладает рядом минусов, которые ограничивают свободу научной мысли нейробиологов и в некоторой степени связывают им руки. Например, во время фМРТ любое, даже небольшое, движение головой может сказаться на качестве результатов. Плюс сигнал BOLD, получаемый из разницы между количеством в крови наполненного и бедного кислородом гемоглобина, слишком слабый, медленный и не может служить точным маркером активности нейронов какой-либо зоны мозга.

Когда звук превращается изображение

Однако, новости из Швейцарии воодушевляют. Научной группе из Института молекулярной и клинической офтальмологии Базеля, Института биомедицинских исследований Фридриха Мишера и Университета Базеля, при участии коллег из Бельгии, во главе с Ботондом Роской (Botond Roska) удалось создать такой метод записи активности всего мозга (сразу), который бы позволял в ходе эксперимента исследовать разные поведенческие акты, был бы менее дорогостоящим, имел большее разрешение и минимум ошибок. Это – функциональная ультразвуковая визуализация.

Концепцию методики первый автор работы Эмили Масе (Emilie Macé) разработала, когда трудилась в Париже. Она состоит в том, что с помощью ультразвукового датчика измеряют интенсивность микроциркуляции в то время, когда животное выполняет поведенческие задачи, и таким образом картируют все зоны мозга, которые отвечают за их воплощение.

Благодаря особенностям конструкции (в черепе подопытного животного проделывают «окно» и кладут пластик, помещая снизу агаровую прокладку, а сверху – гель для УЗИ), а также точности расчетов и картирования (используют Allen Mouse Brain Reference Atlas) разрешение получается крайне высоким (около 100 микрометров). Поэтому появляется возможность фиксировать возбуждение даже самых небольших структур, вплоть до отдельных ядер (скоплений серого вещества).

Авторы работы сконцентрировались на оптокинетическом рефлексе – врожденном акте поведения, который объединяет сферу чувств и движений. Информация от рецепторов движения сетчатки (направление-специфичные ганглионарные клетки) поступает в мозг, передается в области контроля над мышцами, двигающими глазными яблоками, и это позволяет нам сфокусироваться на объекте (вспомните, как вы в поезде или автобусе пытаетесь уследить за двигающимися деталями за окном). Сложность в том, что за движения глазных яблок отвечают сразу три пары черепно-мозговых нервов (из 12), ядра или функциональные центры которых «разбросаны» по центральным структурам мозга и стволу. Часть их находится в том числе в таламусе.

Исследователи включили в эксперимент три группы мышей и вызывали у каждой оптокинетический рефлекс, показывая двигающиеся картинки. Одни следили за ними свободно, и ученые фиксировали у них весь спектр активности, у других глаз был механически зафиксирован, и отключались области моторной активации, тогда как зоны «запуска» рефлекса оставались рабочими, а третьи выступали в качестве модели генетического заболевания, когда рефлекс вовсе «отключался» в сетчатке (congenital nystagmus).

Имея на руках детальную карту возбуждения, нейробиологи идентифицировали 181 зону мозга, из которых в рефлексе достоверно участвовали 87. Особенно их заинтересовали некоторые ядра в таламусе, которые, судя по всему, и переключают рефлекс с его чувствительной магистрали на двигательную, поскольку «молчат» во время модельной патологии, но активны (без активации моторного пути) во время механической фиксации глаза у мышей.

«Мы были удивлены, насколько точно мы можем отобразить мозговую активность и сколько областей мозга возбуждаются во оптокинетического рефлекса. Наша методика помогла обнаружить новые области, которые теперь можно более точно изучать и пытаться понять логику сенсомоторных преобразований на уровне мозговых микросхем», — комментирует Эмили Масе.

Ученые считают, что функциональная ультразвуковая визуализация высокого разрешения может стать новым универсальным инструментом в руках нейроученых, который позволит точно локализовать и другие поведенческие акты, причем, не только те, которые есть в норме, но и их патологические варианты. А это поможет лучше понять развитие многих неврологических и психических заболеваний. Разумеется, в животных моделях – для людей этот способ явно не подходит. А жаль.

Текст: Анна Хоружая

http://neuronovosti.ru/uzi-mozga/

Исследователи из Университета Вотерлоо выяснили, что пожилые люди, занимающиеся рисованием, качественно улучшают свою память. О подробностях своей работы они рассказали на страницах журнала Experimental Aging and Research.

Ученые с удивлением обнаружили, что именно этот способ «тренировки мозга» наиболее продуктивен. В эксперименте участвовали добровольцы двух разных возрастных групп: 24 молодых взрослых человека, чей средний возраст составил 20 лет, и 24 пожилых в возрасте около 78 лет. Добровольцев в ходе трех этапов эксперимента просили запоминать существительные разными способами – писать их, рисовать, либо слушать звуки, связанные с ними напрямую.

Тесты показали, что обе группы вспоминали свои слова лучше всего именно тогда, когда зарисовывали их. И особенно успешным этот результат оказался у пожилых людей.

«Мы пришли к выводу, что рисование развивает память в пожилом возрасте  лучше, чем другие методы, – рассказывает Мелисса Меде (MelissaMeade), нейробиолог Университета Ватерлоо и один из авторов статьи. – Мы действительно воодушевлены этими результатами и уже ищем им применение для людей, страдающих деменцией – группой заболеваний характеризующихся ослаблениями памяти и других когнитивных функций».

Исследователи считают, что секрет такого «успеха» рисования в том, что человек во время этого считывает информацию по-разному: визуально, пространственно, вербально, семантически и с помощью двигательной памяти.

Как правило, память ухудшается с возрастом за счет постепенного нарушения структуры некоторых частей мозга, таких как гиппокамп и лобные доли. При этом те части, которые отвечают за визуальное и изобразительное мышление, обычно не затрагиваются при нормальном старении.

Текст: Алексей Гоян

http://neuronovosti.ru/risovanie-nanosit-otvetnyj-udar-po-dementsii/

Исследователи использовали интерфейс «мозг – компьютер» с демонстрацией на мониторе реакций мозга человека, чтобы узнать, возможно ли моментально и без тренировок снизить уровень умственной усталости. Оказалось, что возможно, но ненадолго. Такая методика может помочь водителям, пилотам и диспетчерам дольше поддерживать высокую концентрацию. Исследования поддержаны грантом Президентской программы исследовательских проектов Российского научного фонда (РНФ). Статья ученых опубликована в журнале Nonlinear Dynamics.

Экспериментальная установка: a) испытуемый выполняет визуальное задание, которое включает восприятие и первичную обработку информации. Сигналы ЭЭГ регистрируются в теменной и затылочной областях и обрабатываются в режиме реального времени. Обратная связь осуществляется через аудиосигнал, информирующий испытуемого о состоянии когнитивного утомления; б) расположение пяти записывающих электродов на коже головы.

Известно, что человек быстро устает при выполнении монотонных и однообразных заданий в течение долгого времени. Результаты исследований активности головного мозга говорят о том, что наряду с общей усталостью наблюдается снижение эффективности работы сенсорных систем головного мозга: зрительной, слуховой и других. Это происходит из-за того, что мозг непрерывно обрабатывает поступающую в него информацию и концентрируется на решении поставленных задач. Такое состояние известно как когнитивное утомление.

Когнитивное утомление – одна из причин снижения уровня концентрации внимания во время выполнения задач в условиях высокой нагрузки на мозг, поэтому очень важно минимизировать его воздействие на людей. В первую очередь, это касается тех, чья профессия связана с необходимостью обрабатывать большие объемы сенсорной информации и поддерживать высокую концентрацию в течение долгого времени: водителей, пилотов, диспетчеров.

Исследователи из Саратовского государственного технического университета (СГТУ) и Технического университета Мадрида провели эксперимент, в котором попытались выяснить, возможно ли снизить уровень когнитивного утомления моментально и без тренировок.

Для этих целей ученые использовали интерфейс «мозг – компьютер» с биологической обратной связью – технологией, которая позволяет испытуемым обучаться, наблюдая сигналы собственного мозга. Перед участниками эксперимента поставили простую задачу – классифицировать неоднозначные изображения, выбирая один из двух возможных вариантов. Изображения показывались на экране монитора в течение короткого промежутка времени, ~1 сек. За это время испытуемый должен был принять решение и нажать на соответствующую кнопку на джойстике. Всего эксперимент длился около 40 минут, в течение которых было показано 300 изображений. Во время эксперимента регистрировали электрическую активность мозга в затылочной и теменной коре, на основании которой определяли амплитуду нейронного отклика – показатель, напрямую связанный с эффективностью работы зрительной сенсорной системы.

В начале эксперимента участников разделили на две группы. Первая, контрольная, дважды приняла участие в эксперименте без обратной связи. Вторая группа, экспериментальная, прошла первый эксперимент без обратной связи, а второй – с ее использованием. Оказалось, что в отсутствие биологической обратной связи в обеих группах амплитуда нейронного отклика меняется периодически: то увеличивается, то уменьшается. График зависимости при этом напоминает волну. Это говорит о том, что нейроны, задействованные в восприятии и обработке визуальной информации, могут эффективно работать без перерыва в течение ограниченного промежутка времени (тогда наблюдается повышение амплитуды), после чего им требуется время на восстановление (амплитуда снижается). Ученые предложили реализовать обратную связь через аудиосигнал, информирующий испытуемого о снижении амплитуды нейронной активности.

Включив обратную связь в экспериментальной группе, ученые обнаружили, что средняя длина интервалов с высокой амплитудой нейронного отклика увеличивается примерно в полтора раза. При этом абсолютное значение амплитуды в течение этого интервала уменьшается по сравнению с экспериментом без обратной связи. По словам ученых, увеличение когнитивного ресурса должно сопровождаться изменениями структуры мозга, которые, согласно результатам ранее опубликованных работ, происходят после нескольких недель тренировок. В проведенном исследовании показано, что существует моментальный эффект биологической обратной связи на когнитивный ресурс.

«Полученные нами результаты свидетельствуют о том, что присутствует моментальный эффект биологической обратной связи: увеличивается время непрерывной работы нейронов области мозга, отвечающей за распознавание визуальной информации. Мы предполагаем, что для поддержания способности эффективно обрабатывать информацию в течение долгого времени мозг регулирует число нейронов, вовлекаемых в этот процесс. Если биологической обратной связи нет, в обработку сразу вовлекается большое число нейронов, и амплитуда нейронного отклика резко возрастает и затем начинает уменьшаться. Когда биологическая обратная связь включается, информация обрабатывается меньшим (оптимальным) числом нейронов, средняя амплитуда отклика при этом уменьшается, а время непрерывной работы увеличивается», – говорит автор работы, доктор физико-математических наук, профессор Александр Храмов.

Текст: РНФ

http://neuronovosti.ru/eeg-vnimanie/

Ученые из Массачусетского технологического института (MIT) создали технологию, позволяющую увеличивать объекты на обычном флуоресцентном микроскопе в 100 раз, при этом сохраняя целостность клеток и тканей. В своей работе в Current Protocols in Cell Biology авторы описали опыт проведения анализа белка и РНК посредством новой разработки.

Флуоресцентная световая микроскопия стала неотъемлемой частью клеточных и молекулярных исследований. В частности, она используется для картирования нейронов мозга. Недавно разработанная методика экспансионной микроскопии (ExM) позволяет получать наноразмерные изображения без повреждения препаратов за счет физического расширения объекта перед визуализацией.

В ExM молекулы и флуоресцентные метки в образце связаны с полимерной матрицей, которая способна равномерно распределяться по всему объекту и линейно расширяться в трехмерном пространстве до 4,5 раз при погружении в воду. Со времени первой разработки этой технологии появилось достаточно много версий ExM, оптимизированных для визуализации белков, РНК и других объектов биомолекулярных исследований.

В новой работе авторы привели примеры использования технологии на практике для анализа белков, а также РНК с помощью экспансионной флуоресцентной гибридизации in situ или ExFISH, и показали, что для ExM можно использовать привычные реагенты и оборудование, встречающееся в любой лаборатории. Важно, что технология доступна для использования на обычных флуоресцентных микроскопах.

Текст: Екатерина Заикина

http://neuronovosti.ru/rasshirit-kletku-v-neskolko-raz-vozmozhno/