Лаборатория нейроинженерии

Мозг и центральная нервная система (ЦНС) животных на фундаментальном уровне могут рассматриваться как сеть нейронов, связанных между собой синапсами, передающие и преобразующие биоэлектрические сигналы. Считается, что архитектура связей и различные свойства (эффективности передачи) синапсов определяют функцию сети и поведение организма, а динамика изменения этих характеристик во времени лежат в основе обучения и памяти.

С помощью современных клеточных и инженерных технологий (“Лаборатория-на-чипе”) мы разрабатываем микрофлюидные системы для выращивания нейронных сетей, формирующие мозгоподобную архитектуру функциональных связей. Внеклеточная регистрация сигналов микроэлектродами и оптическая микроскопия позволяют исследовать распространение и обработку биоэлектрических и химических сигналов в сети клеток. Такой подход впервые позволяет изучить и экспериментально воспроизвести базовые принципы функционирования ЦНС и мозга в лабораторных условиях

Микросистема «Мозг-на-чипе» (http://brain-on-a-chip.ru) может быть использована для разработки методов персонализированного лечения нейродегенеративных заболеваний, создания прототипов нейроимплантов для реабилитации нарушенных функций мозга и построения новых типов нейроинтерфейсов на основе гибридных мемристивных систем

(http://brain-on-a-chip.ru)

Синаптическая пластичность и кодирование памяти в нейронных сетей.

С помощью методов микрофлюидики конструируются и выращиваются живые нейронные сети с топологией связей, схожей со структурами мозга. Между двумя культурами нейронов формируются однонаправленные синаптические связи, подобно архитектуре связанных слоев зрительной коры или других отделов, для изучения передачи и преобразования информации в виде последовательностей импульсов.  Подобная модель нервной системы “сенсор-мотор” позволяет изучить механизмы формирования функций поведения и памяти с помощью электрической стимуляции отдельных клеток и наблюдением отклика всей сети..

Результаты исследования позволяют понять принципы формирования функций в мозге и ЦНС и связанных патологий, а с прикладной точки зрения разработать методы изменения функционала живой нервной ткани с помощью локальной электростимуляции (формирование новой памяти или функций).

Слева. Микроэлектродная матрица для выращивания культуры нейронов. Справа. Схематическое изображение структуры нейронной сети культуры клеток в чипе. Снизу. Микрофотография роста отростков нейронов в микроканале чипа.