«Наши исследования будут касаться нейрофизиологии и нейроинженерии»
В скором времени в мире могут появиться новые методы исследования мозга, объединяющие функциональную МРТ высокого разрешения с электрофизиологическими исследованиями, фармакологией, стимуляцией и системным анализом. Глубокое понимание сетевой активности важно для лечения эпилепсии и деменции, рассказал в интервью «Известиям» директор Международного центра исследований мозга приматов в Шанхае, лауреат Национальной премии в области будущих технологий «Вызов»-2024 в международной номинации «Открытие» Никос Логотетис.
«Я понял, что хочу применить знания из математической физики в системной биологии»
— Как получилось, что вы начали изучать работу мозга?
— Однажды, когда я находился в больнице рядом с мамой, я наткнулся на книгу «Случайность и необходимость» Жака Моно. Меня поразила глава про микроскопическую кибернетику, в которой описаны взаимодействия между клетками нервной системы и эндокринной системы. Это показалось мне настолько увлекательным, что я залпом прочитал все книги о кибернетике, которые смог найти, включая работы Норберта Винера. Я был просто потрясен и понял, что хочу применить знания из математической физики в системной биологии.
— Каковы были Ваши первые шаги в качестве исследователя?
— Поначалу меня интересовали нейрофизиологические основы сознания. Моей первой целью было изучить и понять, какие именно виды активности и изменений нейронов лежат в основе множественной стабильности восприятия, как это происходит при оптических иллюзиях. Я проводил опыты с обезьянами, изучая явление бинокулярной конкуренции, когда восприятие постоянно переключается между двумя визуальными стимулами, предъявляемыми раздельно каждому глазу. Результаты показали, как активность мозга распределяется в различных зрительных областях во время таких «переключений». Это побудило меня заняться разработкой междисциплинарных и многоуровневых методов, сочетающих функциональную МРТ с электрофизиологией и другими подходами.
— Вы были первым, кто начал записывать электрофизиологические показатели в МРТ-сканере?
— Да, это была уникальная методика, требующая большой слаженной и многодисциплинарной команды. Разработанная нами технология позволила фиксировать сигналы функциональной МРТ одновременно с регистрацией различных типов нейронной активности, включая активность отдельных нейронов и небольших нейронных групп. Это было захватывающим и крайне сложным исследованием.
Проведенные Никосом Логотетисом научные исследования дали возможность создать метод, позволяющий неинвазивно изучать активность головного мозга с высоким пространственным разрешением. Используя функциональную магнитно-резонансную томографию (фМРТ), были проведены эксперименты для анализа активности мозга в реальном времени. Эти исследования имеют важное значение для понимания работы мозга и природы различных неврологических и психических расстройств.
С применением передовых методов фМРТ он изучил взаимодействие различных областей мозга, что дало возможность глубже понять, как внимание и восприятие влияют на когнитивные функции. Результаты этих научных изысканий могут привести к разработке новых методов диагностики и лечения неврологических заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера и депрессия.
В настоящее время Логотетис продолжает развивать метод, комбинируя его с другими инструментами нейронаук. Им были разработаны и внедрены две системы МРТ с высоким полем, которые совмещают функциональную, анатомическую и спектроскопическую визуализацию. Эти системы позволяют проводить одновременную визуализацию и инвазивные записи внутри корковых структур, что открывает новые горизонты для изучения функций, взаимосвязей и нейрохимии мозга приматов.
Премия «Вызов» присуждена ученому «за основополагающий вклад в создание метода функциональной магнитно-резонансной томографии и введение его в повседневную научную и клиническую практику для исследования активности мозга человека».
«Намерен и дальше развивать междисциплинарные подходы»
— Есть ли клиническое применение у ваших исследований?
— Да, результаты наших экспериментов могут быть использованы на практике — например, для оптимизации работы нейростимуляторов мозга у пациентов с болезнью Паркинсона. Кроме того, глубокое понимание сетевой активности важно для диагностики и лечения эпилепсии и деменции. Без проведения фундаментальных исследований невозможно добиться прогресса в этих областях.
— Расскажите о направлениях ваших будущих исследований.
Я намерен и дальше развивать междисциплинарные подходы, объединяющие функциональную МРТ высокого разрешения с электрофизиологическими исследованиями, фармакологией, стимуляцией и комплексным динамическим системным анализом. Это позволит получить представление о самоорганизации многоструктурной и многоуровневой нервной активности. Наши исследования будут касаться нейроанатомии, нейрофизиологии, нейроинженерии, а также будут включать детальный поведенческий анализ.
— Какое влияние уже оказали ваши работы?
— Сочетание электрофизиологии с функциональной МРТ, которое мы первыми применили, стало особенно важным для системной неврологии. Этот метод позволил получить первые представления о природе сигнала BOLD (blood oxygen level dependent signal), который отражает локальные изменения мозгового кровообращения, объема мозговой крови и насыщения крови кислородом в ответ на нейронную активность. Наши исследования показали, что такой сигнал, зависящий от уровня кислорода в крови, связан не только с возбуждением, но и с сильным торможением. Кроме того, недавно я разработал новую методику, которая позволяет изучать взаимосвязь между глобальной активностью мозга и локальными внутренними событиями. Мы сможем изучать процессы, связанные с обучением, принятием решений и памятью.
— Расскажите, над какими проектами вы сейчас работаете в новом институте в Китае? Есть ли у вас совместные разработки с российскими коллегами?
— Мы сейчас заканчиваем все организационные процессы, связанные с запуском нашего центра в Китае. Как только этот процесс будет завершен, мы будем рады сотрудничеству с Россией. Не думаю, что российская сторона будет против. С китайской стороны я также не ожидаю возражений — коллеги очень приветствуют международные коллаборации.