В целях развития трансляционной медицины и создания искусственных когнитивных систем

В рамках реализации федеральной целевой программы "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014 – 2020 годы" учёными Университета Лобачевского под руководством директора НИИ нейронаук ННГУ члена-корреспондента РАН профессора Алексея Васильевича Семьянова реализуется научный проект «Разработка методов, технологий и платформ для исследований функционирования нервных систем на основе создания высокоразрешающей информационной модели кортикальных структур мозга».

3D атлас представляет собой программный комплекс, способный заложить основу трансляционных исследований в области функционирования центральной нервной системы млекопитающих (нейробиологических, фармакологических, токсикологических и иных исследований), а также базу для формирования нового класса стратегических технологий – искусственных когнитивных систем.

Ожидаемые результаты проекта:

  • Программный комплекс «3D атлас нейроглии кортикальных колонок мозга крысы/мыши» на основе сверхбольшого высокодоступного цифрового каталога, содержащего структурные (архитектурные), функциональные (молекулярные) данные, а также результаты исследований аллокации новой когнитивной информации в нейроны кортикальной колонки мозга крысы/мыши (полученные в рамках ПНИ-1).
  • Генноинженерные конструкции для специфического мечения астроцитов в кортикальных колонках мозга крысы / мыши и результаты исследования изменений в α- и β-адренергических, пуринергических и G-белок зависимых сигнальных путях in vitro в трансфицированных генетическими конструкциями клетках.
  • Методика формирования трехмерной нейроглиальной культуры клеток с возможностью формирования полноценных синапсов in vitro.
  • Методика для определения роли астроцитов в синапсе, в частности в процессе передачи нервного импульса (построение астроконнектома), и симуляции синапса и его физиологической активности с применением программного обеспечения и алгоритмов, обеспечивающих моделирование передачи нервного импульса в сверхбольших нейроглиальных сетях (разрабатываемых в рамках ПНИ-2).
  • Методы исследования функционирования нервных систем на основе разработанного 3D атласа.

В числе последних полученных результатов можно отметить следующие:

  • разработаны программа и методики испытаний экспериментального образца набора реагентов для трансфекции астроцитов;
  • проведены исследовательские испытания экспериментального образца набора реагентов для трансфекции астроцитов in vivo в соответствии с разработанной программой и методиками испытаний ЭО НРТА;
  • проведено исследование изменений в α- и β-адренергических, пуринергических и G-белок зависимых сигнальных путях in vitro в трансфицированных генетическими конструкциями клетках;
  • разработаны Программа и методики испытаний экспериментальных образцов трехмерной нейроглиальной культуры клеток;
  • проведены исследовательские испытания ЭО ТНКК;
  • проведена оценка организации синаптического контакта в ТНКК;
  • разработана методика определения роли  астроцитов в синапсе и симуляции синапса и его физиологической активности на основе феноменологической модели синаптического контакта с учетом воздействия астроцита.

Область применения 3D атласа:

•​ биомедицинские исследования и разработки в области изучения мозга;

•​ симуляция функционирования мозга с использованием возможностей высокопроизводительных вычислений и современных суперкомпьютеров;

•​ разработка новых терапевтических стратегий при коррекции различных заболеваний нервной системы.

Результаты практического использования:

•​ снижение суммарных затрат на проведение экспериментальных исследований в области нейробиологии и биомедицины;

•​ развитие в России отрасли разработки наукоёмких программных продуктов и высокопроизводительных вычислений для научных задач.

Индустриальным партнёром проекта является ООО «Ниагара Компьютерс».