Нейротехнологии направленные для усовершенствование работы мозговых структур

Вопросы этики

Стволовые клетки

Этичность использования эмбриональных стволовых клеток вызвала споры в США и других странах мира. Главным преимуществом в использовании эмбриональных стволовых клеток является то, что они могут подойти к почти любому типу клеток. Открытия Синъя Яманаки в отношении новых способов создания индуцированных стволовых клеток снизили накал дискуссии. В то же время индуцированные клетки в потенциале могут привести к формированию доброкачественных опухолей, и, как правило, плохо выживают в естественных условиях (в живом теле).

Военное применение

Новые нейротехнологии всегда использовались правительствами, от детекторов лжи и технологий виртуальной реальности до реабилитации и понимания психики. До 12 % американских солдат возвращаются из Ирака и Афганистана с посттравматическим стрессовым расстройством (ПТСР). Комбинируя фармацевтические препараты и нейротехнологии, некоторые исследователи нашли способы снижения «страха» и теоретизируют насчёт возможности применения полученных результатов в лечении ПТСР

Виртуальная реальность является ещё одной технологией, которая привлекла большое внимание военных. Она могла бы использоваться для лучшего обучения солдат.

Приватность

Наконец, нейротехнологии могут выявить вещь, которую люди часто держат в секрете: о чём они думают. Несмотря на большие выгоды от развития нейротехнологий, учёные и политики должны задуматься о возможных последствиях для «когнитивной свободы». Данный термин важен для многих кругов, обеспокоенных целями прогресса в области нейротехнологий (см. нейроэтика (англ.)русск.). Текущие улучшения, такие, как чтение «отпечатков мыслей (англ.)русск.» или выявление лжи с помощью ЭЭГ или фМРТ, может породить целый набор неприятных ассоциаций, хотя до полного применения этих технологий остаются ещё долгие годы. Некоторые специалисты по этике обеспокоены также использованием ТМС; они опасаются, что данная технология может использоваться для изменения пациентов нежелательными способами.

Физические нагрузки

Обзоры исследований показывают, что упражнения улучшают настроение и познавательные способности. Данные свидетельствуют о том, что эти эффекты обусловлены изменением уровня нейротрофического фактора (BDNF) и оздоровлением сердечно-сосудистой системы.

Высокие уровни BDNF были связаны с лучшими показателями пространственных способностей, эпизодической и вербальной памяти. Низкий уровень BDNF, особенно у пожилых людей, коррелировал с атрофией гиппокампа и нарушениями памяти, что может быть связано с когнитивными проблемами, возникающими при болезни Альцгеймера.

Нейротехнологии направленные для усовершенствование работы мозговых структур

Изучая возможности по лечению и профилактике Альцгеймера, исследователи часто говорят о незаменимости физических упражнений для людей. Так, исследования показывают, что регулярная ходьба влияет на размер гиппокампа и улучшает память.

Физические нагрузки увеличивают скорость нейрогенеза

Появление новых нейронов — важное условие для переучивания (приобретения нового опыта и стирания старого)

Основные положения

Отрасль нейротехнологий насчитывает полувековой возраст, однако своей зрелости достигла только в последние 20 лет. Ключевым событием стало появление нейровизуализации, которая позволила учёным наблюдать работу мозга прямо во время экспериментов. Нейротехнологии оказали существенное влияние на общество, хотя их присутствие является настолько незаметным, что немногие замечают их вездесущность. От фармацевтических препаратов до сканирования мозга, нейротехнологии прямо или косвенно затрагивают почти всё население развитых стран, будь то препараты от депрессии, бессонницы, cиндрома дефицита внимания и гиперактивности, антиневротические средства или сканирование на наличие рака, восстановление после инсульта (англ.)русск. и многое другое.

По мере развития отрасли она позволит обществу контролировать и использовать многие из возможностей мозга, влияющих на личность и образ жизни. Довольно распространённые технологии уже пытаются делать это; игры вроде Brain Age и программы типа Fast ForWord, целью которых является улучшение функций мозга, принадлежат к разряду нейротехнологий.

Важно  Открытие межполушарной асимметрии мозга

В настоящее время наука способна изобразить почти все аспекты строения и функционирования мозга. Это помогает контролировать депрессию, гиперактивность, бессонницу и многое другое. В терапии это может помочь жертвам инсульта в улучшении координации движений, может способствовать улучшению функционирования мозга, снижению числа приступов эпилепсии, может помочь пациентам с расстройствами двигательных функций (болезни Паркинсона, Хантингтона, БАС) и даже помогает облегчить фантомную боль. Достижения в области нейротехнологий обещают множество новых методов реабилитации больных, испытывающих неврологические проблемы. Нейротехнологическая революция вызвала к жизни инициативу Десятилетие мышления, стартовавшую в 2007 году. Также она даёт возможность выявить механизмы, посредством которых в мозге рождаются разум и сознание.

Рецепторы

Рецепторы вспоминают каждый раз, когда говорят про наркотическую или алкогольную зависимость. Почему же человеку необходимо руководствоваться принципом умеренности?

Рецептор на постсинаптической мембране — белок, настроенный на молекулы медиатора. Когда человек искусственно (наркотиками, например) стимулирует выброс медиаторов в синаптическую щель, синапс пытается вернуть равновесие: снижает количество рецепторов или их чувствительность. Из-за этого естественные уровни концентрации медиаторов в синапсе перестают оказывать действие на нейронные структуры.

Нейротехнологии направленные для усовершенствование работы мозговых структур

Например, курящие люди никотином изменяют восприимчивость рецепторов к ацетилхолину, происходит десенсибилизация (уменьшение чувствительности) рецепторов. Естественный уровень ацетилхолина оказывается недостаточным для рецепторов с пониженной чувствительность. Т.к. ацетилхолин задействован во многих процессах, в том числе, связанных с концентрацией внимания и ощущением комфорта, курящий не может получить полезные эффекты работы нервной системы без никотина.

Впрочем, чувствительность рецепторов постепенно восстанавливается. Хотя это может занимать долгое время, синапс приходит в норму, и человеку больше не требуются сторонние стимуляторы.

Образ жизни

Диета может повышать когнитивные способности и защищать нейронные связи головного мозга от повреждений, содействовать их восстановлению после болезней и противодействовать последствиям старения. На здоровье мозга, по всей видимости, оказывают положительное влияние:

— омега-3 (рыба, семена льна, киви, орехи);

— куркумин (карри);

— флавоноиды (какао, зеленый чай, цитрусовые, темный шоколад);

— витамины группы В;

— витамин Е (авокадо, орехи, арахис, шпинат, пшеничная мука);

— холин (куриное мясо, телятина, яичные желтки).

Большинство перечисленных продуктов опосредованно влияют на нейротрофины. Позитивное влияние диеты усиливается при наличии физических упражнений. Кроме того, умеренное ограничение количества калорий в рационе стимулирует экспрессию нейротрофинов.

Нейротехнологии направленные для усовершенствование работы мозговых структур

Для восстановления и развития нейронных связей полезно исключение насыщенных жиров и рафинированного сахара. Продукты с добавленными сахарами снижают уровни нейротрофинов, что негативно сказывается на нейропластичности. А высокое содержание насыщенных жиров в еде даже тормозит восстановление мозга после черепно-мозговых травм.

Среди негативных факторов, затрагивающих нейронные связи: курение и стресс. Курение и длительный стресс в последнее время ассоциируют с нейродегенеративными изменениями. Хотя непродолжительный стресс может быть катализатором нейропластичности.

Функционирование нейронных связей зависит и ото сна. Возможно, даже больше, чем от всех остальных перечисленных факторов. Потому что сам по себе сон — «это цена, которую мы платим за пластичность мозга» (Sleep is the price we pay for brain plasticity. Ch. Cirelli — Ч. Цирелли).

Важно  Красное ядро среднего мозга — центр экстрапирамидной системы

Регуляция процессов нейрогенеза в зрелом мозге

DOI: 10.1002/hipo.22218DOI: 10.1038/386493a0DOI: 10.1016/j.brainres.2011.08.007DOI: 10.1016/j.neuroscience.2011.10.040PMID: 9547229DOI: 10.1152/physrev.00004.2014DOI: 10.4161/cc.8.18.9512DOI: 10.1016/j.neuropharm.2011.01.026DOI: 10.1523/JNEUROSCI.3780-09.2010DOI: 10.1002/jcp.21422Nakamichi N, Takarada T, Yoneda Y. Neurogenesis mediated by gamma-aminobutyric acid and glutamatesignaling. J. Pharmacol Sci. 2009;110(2):133-49Kotani S et al. H. Donepezil, an acetylcholinesterase inhibitor, enhances adult hippocampal neurogenesis.Chem Biol Interact. 2008;175(1-3):227-30
Kita Y et al. Galantamine promotes adult hippocampal neurogenesis via M₁ muscarinic and α7 nicotinic receptors in mice. Int J Neuropsychopharmacol.2014;17(12):1957-68.
Kotani S et al. H. Donepezil, an acetylcholinesterase inhibitor, enhances adult hippocampal neurogenesis. Chem Biol Interact. 2008;175(1-3):227-30; Kita Y et al. Galantamine promotes adult hippocampal neurogenesis via M₁ muscarinic and α7 nicotinic receptors in mice. Int J Neuropsychopharmacol.2014;17(12):1957-68.

  • мозговой нейротрофический фактор (BDNF)
  • фактор роста нервов (NGF)
  • нейротрофин-3 (NT-3)
  • фактор роста эндотелия сосудов (VEGF)
  • фактор роста тромбоцитов (PGF)
  • фактор роста фибробластов-2 (FGF-2)
  • эпидермальный фактор роста (EGF)

Ma DK, Marchetto MC, Guo JU, Ming GL, Gage FH, Song H. Epigenetic choreographers of neurogenesis in the adult mammalian brain. Nat Neurosci.2010;13(11):1338-44.

  • гистоновые деацетилазы (HDACs)
  • метилтрансферазы ДНК (DNMTs)
  • микро РНК
  • и другие.
  1. дефицит ростовых факторов и нейротрофином — одних из основных регуляторов;
  2. изменяется нейромедиаторные баланс мозга (количество одних медиаторов уменьшается, других наоборот увеличивается);
  3. снижается интенсивность всех фаз нейрогенеза;
  4. снижается кровоснабжение нейрогенной ниши (редуцируется ангиогенез, уменьшается экспрессия фактор роста эндотелия сосудов — VEGF), что уменьшает доступность регуляторных факторов для стволовых клеток;
  5. увеличивается дистанция между нервными стволовыми клетками и эндотелиальными клетками сосудов (в норме, стволовые клетки трансформируются вблизи сосудов).
  • В экспериментальных исследованиях на крысах было показано, что нейрональное воспаление может способствовать интеграции вновь образовавшихся нервных клеток в нейронную сеть, т.е. стимулировало конечную фазу нейрогенеза (Jakubs K et al. Inflammation regulates functional integration of neurons born in adult brain. J Neurosci. 2008 Nov 19;28(47):12477-88).
  • У пожилых организмов наблюдается дефицит регуляторных молекул, что в числе прочего приводит к ослаблению нейрогенеза. Одной из таких молекул является белок фракталин. Введение этого белка старым крысам приводит к стимуляции гиппокампального нейрогенеза (Bachstetter AD et al. Fractalkine and CX3CR1 regulate hippocampal neurogenesis in adult and aged rats. Neurobiol Aging. 2011;32(11):2030-44).

Medvedeva, E.V., Dmitrieva, V.G., Stavchansky, V.V. et al. Int J Pept Res Ther (2016) 22: 197.
Jakubs K et al. Inflammation regulates functional integration of neurons born in adult brain. J Neurosci. 2008 Nov 19;28(47):12477-88
Taupin P. Nootropic agents stimulate neurogenesis. Expert Opin Ther Pat. 2009 May;19(5):727-30.
Guzman R. Cellular stroke therapy: from cell replacement to trophic support. Expert Review of Cardiovascular Therapy.2009;7(10):1187-1190Kessing LV, Forman JL, Andersen PK. Do continued antidepressants protect against dementia in patients with severe depressive disorder? Int Clin Psychopharmacol. 2011;26(6):316-22; Lee CW et al. Antidepressant treatment and risk of dementia: a population-based, retrospective case-control study. J Clin Psychiatry. 2016 Jan;77(1):117-22; quiz 122Taupin P. Nootropic agents stimulate neurogenesis. Expert Opin Ther Pat. 2009 May;19(5):727-30Medvedeva, E.V., Dmitrieva, V.G., Stavchansky, V.V. et al. Int J Pept Res Ther (2016) 22: 197Park J.H. et al. Pentoxifylline Alleviates Perinatal Hypoxic-Ischemia-Induced Short-term Memory Impairment by Suppressing Apoptosis in the Hippocampus of Rat Pups. Int Neurourol J 2016; 20(2): 107-113

Важно  Пентоксифиллин для восстановления циркуляции крови

Консорциум

Для реализации программы Центра компетенций НТИ образован Консорциум, объединивший ряд ведущих университетов, научных центров и технологических компаний, который ведет активную работу по созданию перспективных проектов в соответствующей области во взаимодействии с реальным сектором экономики, заказчиками и вендорами из России, Европы и Азии, профессиональным сообществом — Ассоциацией разработчиков дополненной и виртуальной реальности.

Список участников консорциума:

Научные и образовательные учреждения:

  • Университет ИТМО;
  • Факультет психологии МГУ имени М.В. Ломоносова;
  • Национальный исследовательский Томский государственный университет;
  • Поволжский государственный технологический университет;
  • Балтийский федеральный университет имени Иммануила Канта;
  • Университет Иннополис;
  • Сибирский государственный медицинский университет;
  • Институт автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения Российской академии наук;
  • Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук;
  • Korea University;
  • Ульяновский государственный университет;
  • Иркутский государственный университет;
  • Фонд новых форм развития образования.

Партнеры из индустрии:

  • Ассоциация разработчиков дополненной и виртуальной реальности;
  • ДНС групп;
  • МАЗДА СОЛЛЕРС Мануфэкчуринг Рус;
  • Мобильные ТелеСистемы (МТС);
  • Деус;
  • Мотив;
  • Визерра;
  • Битроникс;
  • Петербургская Киностудия Виртуальной Реальности ЛенVR;
  • GS Nanotech;
  • КиберВосток;
  • ARProduction;
  • Нейросети Ашманова;
  • КИБЕРЛИТ;
  • OneMoreWorld;
  • Роббо;
  • Цереврум;
  • СТЕМ-игры;
  • Рубиус Групп;
  • Лаборатория Виртуальной Реальности Дальний Восток;
  • Фибрум;
  • ВРТЭК;
  • Модум Лаб;
  • Моторика;
  • Эпиоайлаб;
  • Медвиар;
  • Рекардо.

Иные организации (партнеры):

  • HTC Russia;
  • Российская академия образования;
  • Сбербанк;
  • Сколково;
  • Кружковое движение НТИ.

Проекты

  • Реабилитационный программно-аппаратный комплекс с применением технологий виртуальной и дополненной реальности и костюма с тактильной обратной связью
  • Создание образовательной платформы для создания образовательного контента с использованием технологий виртуальной и дополненной реальности

Ключевые проекты

  • Исследование: направленная хроническая стимуляция спинного мозга (SCS) в реабилитации пациентов, перенесших осложненную спиномозговую травму
  • Формирование цифровой экосистемы при нейродегенеративных заболеваниях
  • Разработка научных основ роботизированной нейромиореабилитации
  • Проведение психофизиологических исследований по влиянию виртуальной реальности на человека
  • Применение виртуальной реальности с тактильными ощущениями в корпоративном обучении
  • Создание системы регистрации движения тела человека (full body tracker), на основе кинематических датчиков и высокочувствительных сенсоров магнитного поля, работающей в градиентном магнитном поле

Образовательная деятельность

Модель образовательной деятельности Центра базируется на проектном подходе к организации обучения с дальнейшим выходом по его итогам на конкретный продуктовый результат, востребованный рынками НТИ и пригодный для дальнейшего трансфера и диффузии технологий виртуальной и дополненной реальности в смежные отрасли.

Одним из ключевых требований (критериев) к отбору студентов на магистерские программы является наличие подтверждённых практических навыков.

Основными задачами образовательных программ является подготовка программистов и молодых учёных в области компьютерных наук, способных использовать передовую материально-техническую базу Университета, включающую в себя весь спектр технологий для работы в области мобильного и PC-based VR/AR, Mixed Reality, систем захвата движения, а также основ математической статистики и математического моделирования и теории алгоритмов для решения наиболее актуальных прикладных и научных задач.

Выпускники получают дополнительную подготовку в области технологического предпринимательства, принципов и особенностей управления разработкой проектов в сфере виртуальной, дополненной и смешанной реальностей, достаточную для руководства небольшими и средними коллективами в рамках существующих предприятий либо создания собственных малых предприятий.

Оцените статью
Добавить комментарий