Официально


Распоряжением Президиума РАН, которое подписал Владимир Фортов 22 марта, исполнение обязанностей президента Российской академии наук сроком на шесть месяцев (до 28 сентября 2017 года) возложено на вице-президента РАН академика Валерия Козлова. Документ опубликован на сайте Академии наук.



Владимир Путин подписал указ, в соответствии с которым орденами Дружбы награждены заместитель генерального конструктора, член правления ОАО «Научно-производственный комплекс «Научно-исследовательский институт дальней радиосвязи» Виктор Собчук и заместитель директора по науке Института географии РАН Владимир Колосов.



Дмитрий Медведев распорядился дополнить перечень федеральных государственных унитарных предприятий, имеющих существенное значение для обеспечения прав и законных интересов граждан РФ, обороноспособности и безопасности государства, еще одним пунктом. Глава правительства включил в этот список Центральный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский автомобильный и автомоторный институт «НАМИ».






Новости № 12(2017)

Регионы


Команда Дальневосточного федерального университета и Института проблем морских технологий Дальневосточного отделения РАН выиграла открытый Чемпионат Азии по подводной робототехнике Singapore AUV Challenge.

В Ивановском государственном энергетическом университете появилась лаборатория “Региональный центр технологий ООО “Мицубиси Электрик (РУС)”. Ее открыли ректор ИГЭУ Сергей Тарарыкин и гендиректор ООО “Мицубиси Электрик (РУС)” Фурута Хироси.

Российский экономический университет им. Г.В.Плеханова наращивает связи с компаниями - лидерами рынка. Очередной проект вуз реализовал с известным брендом электроники Lenovo и одним из главных производителей компьютерных компонентов Intel.

СНГ


Интердайджест






















Формула открытия. Результат эксперимента предскажет математическая модель.
Наука
№ 48(2015)

27.11.2015

Казалось бы, где радиофизика и где мозг? И могут ли они быть связаны? Ответы на эти вопросы Александр Симонов начал искать еще в школе, когда взялся за свой первый научный проект: построить математическую модель и описать динамику работы нейрона. Проект помог Александру поступить в университет, где он продолжал разрабатывать эту, по его мнению, интереснейшую, тему, присоединившись к группе, возглавляемой доктором физико-математических наук Виктором Казанцевым. Диплом Александр посвятил исследованию сети из нейроноподобных клеток и на их основе сделал систему обработки информации. Четыре года назад А.Симонов защитил кандидатскую диссертацию по механизмам генерации сигналов в сетях нейронов. Сегодня старший преподаватель радиофизического факультета Нижегородского госуниверситета им. Н.И.Лобачевского кандидат физико-математических наук Александр Симонов возглавляет группу теоретической нейробиологии и математического моделирования сигналов и функций нейронных систем мозга в составе крупнейшего в России Нижегородского нейронаучного центра.
- Человеческий мозг содержит около 100 миллиардов нейронов - это сопоставимо с числом звезд в нашей галактике, - рассказывает Александр Симонов. - Комбинаций связей между ними может быть больше, чем атомов во Вселенной. Наш мозг настолько сложен, что знаний, накопленных биологами и нейрофизиологами, сегодня уже недостаточно, на помощь приходят математики, радиофизики и специалисты по ИT-технологиям. Радиофизический подход позволяет изучать окружающий мир и применяется едва ли не во всех областях современной науки: экономике, социологии, химии... Не являются исключением науки о жизни и в их числе - нейронаука (наука о мозге). Ведь процессы, происходящие в мозге, имеют колебательно-волновую природу, и их удобно описывать на языке математических формул и уравнений. Так мы получили мощный аппарат для исследования механизмов функционирования мозга и, применяя его, пытаемся ответить на вопрос, как мозг столь эффективно обрабатывает информацию.

- Что именно вы исследуете?
- Мы строим математические модели (чаще всего это системы дифференциальных уравнений), описывающие ключевые процессы в живых клетках, например генерацию электрического импульса на мембране нейрона в ответ на сильное возмущение со стороны других нейронов, передачу этого импульса другим клеткам через специальные контакты, синапсы; влияние импульсов, переданных ранее через этот синапс, на эффективность передачи новых, следующих за ними, сигналов.
- Сигналы могут влиять на то, как они будут передаваться?
- Да, предыдущие сигналы могут как улучшить, так и нарушить синаптическую нейропередачу. В мозге это происходит постоянно и называется синаптической пластичностью. Благодаря этому феномену мозг способен хранить и обрабатывать новую информацию, обучаться, адаптироваться, решать сложные задачи. Рассматривая такие процессы на уровне большой сети, состоящей из множества нейронов, мы наблюдаем сложные популяционные сигналы, которые воспроизводят активность сетей живых нейронов. Изменяем параметры модели, чтобы сделать сигналы, генерируемые ею, похожими на наблюдаемые экспериментально. Так сказать, настраиваем модель.
- А зачем, если в живой ткани все процессы происходят сами собой?
- Моделирование позволяет вести компьютерные расчеты процессов, которые биологи изучают при экспериментах, иными словами, проводить свои “виртуальные” опыты, или, как еще говорят, исследования in silico. Можно изучать динамические режимы работы модели, исследовать роль биологически значимых параметров в формировании таких режимов и переходов между ними, устанавливать соответствия этих режимов с различными состояниями мозга. Но главное, предсказать открытие нового феномена, исследование которого было затруднено из-за технологических ограничений, высокой стоимости или потому, что постановка такого эксперимента просто никому не приходила в голову. В этом и заключается суть фундаментальных исследований, которыми занимается наша группа. С помощью математического моделирования мы изучаем механизмы работы мозга, настраивая модель на воспроизведение экспериментальных данных. Языком точных наук объясняем биологические законы, пытаемся предсказать новые экспериментальные открытия... Но в этой работе есть и прикладная составляющая. Новое знание, которое мы стремимся получить, можно будет использовать для выработки стратегии лечения нейродегенеративных заболеваний, победить которые так и не удается.
- Ученые самых разных специальностей бьются над этой проблемой. Что предлагаете вы?
- Известны лишь первопричины возникновения таких болезней, однако механизмы их развития на уровне сетей нейронов и самого мозга остаются загадкой. Например, при некоторых видах эпилепсии наблюдаются нарушения функционирования белковых комплексов, поддерживающих баланс нейронной возбудимости. Это приводит к генерации высокосинхронной активности мозга, что и происходит во время эпилептических припадков. К тому же характерный вид сигналов, записываемых при помощи электроэнцефалограммы, также хорошо известен. Однако между этими уровнями - молекулярно-клеточным и всего мозга - существует огромный разрыв. Что происходит на уровне нейронных популяций или нейронных сетей? Почему в одних случаях развивается повышенная синхронная активность на большом участке мозга и это приводит к эпилептическому припадку, а в других - синхронизация на уровне небольших популяций, наоборот, способствует формированию новых следов памяти? Поскольку именно сеть нейронов является функциональной единицей мозга, изучение природы нейродегенеративных заболеваний нужно проводить на уровне нейронных сетей. Чтобы заполнить этот разрыв, мы используем математическое моделирование. В результате нарушений на клеточном ли уровне, или из-за повреждения сигнальных путей в нейронных сетях происходят изменения, и они генерируют “неправильные” сигналы.
Исследуя математическую модель генерации и распространения сигналов, можно понять, какие динамические процессы лежат в основе патологической активности клеток мозга, что нужно изменить, чтобы вернуть их нормальную деятельность. Найти детальное объяснение, как возникает эта нездоровая активность, выявить условия, при которых развивается патология, оказывается намного легче, когда перед вами не настоящая живая ткань, а математическая модель, в которой можно как угодно менять значения параметров. При этом важно помнить, что большинство заболеваний мозга связаны с определенными нарушениями динамического баланса: режим здорового функционирования теряет устойчивость, и, как следствие, развивается патология. Или уровень шума в генерируемой активности становится настолько высоким, что информация теряется и возникают “ложные” сигналы. Эти задачи и изучает радиофизика. Нужно только правильно записать математическую формулировку, провести необходимые расчеты и оценки параметров, описать сценарии перехода между динамическими режимами...
- Если все можно рассчитать на компьютере, зачем вообще эксперименты?
- Нет, совсем отказываться от них, конечно, нельзя. Но можно существенно сократить расходы и время, как, например, это делается при создании некоторых лекарств, действие которых сначала рассчитывают на компьютере, а затем уже приступают к экспериментам. Но в отличие от молекулярной биологии в науке о мозге, к сожалению, достоверных данных для построения таких точных моделей пока недостаточно.
Вернемся к примеру с заболеваниями мозга. После проведения моделирования и компьютерных расчетов мы знаем, какие параметры модели оказывают наибольшее влияние на переход между нормальной и патологической динамикой, а главное, понимаем биологический смысл этих параметров. Остается провести эксперимент и подтвердить или опровергнуть результаты наших теоретических исследований. Так что эксперименты необходимы. Как мы уже отмечали, сама модель нуждается в “настройке”, поскольку результаты ее расчетов зависят от того, какие параметры мы в нее заложим. А неизвестных параметров в нейробиологических системах очень много, поэтому необходимо постоянно ориентироваться на данные экспериментов. К счастью, в нашей группе такая возможность есть. Мы сотрудничаем со многими отечественными учеными. Поддерживаем контакты с коллегами из Европы, а также Японии, Мексики, США, Канады.
- Каковы перспективы ваших исследований?
- Мы стараемся понять, каковы динамические механизмы генерации сигналов в нейронных сетях мозга. Какие структуры клеток и какие сигналы мозг использует, чтобы кодировать информацию? Какова роль этих сигналов в обработке информации и формировании когнитивных функций? Ответы на эти вопросы помогут создать новый класс нейроморфных вычислительных интеллектуальных систем, превосходящих действующие сегодня.
- Как будут работать такие системы?
- Они смогут использовать обнаруженные в мозге принципы параллельной обработки информации и совместить их с мощностью компьютеров, применяя современную полупроводниковую электронику, работающую быстрее и стабильнее, чем белковые комплексы. Такие системы смогут, например, управлять роботами, заменяющими человека на вредных производствах или, скажем, при ликвидации последствий техногенных и природных катастроф. То есть принимать решения и действовать в самых сложных, непредсказуемых условиях.
- Коллеги за рубежом знают о ваших исследованиях?
- Да, мы публикуем результаты исследований в ведущих мировых изданиях, обычно по нескольку статей в год. На них ссылаются известные ученые. Выступаем на конференциях, встречаемся с коллегами, обсуждаем совместные проекты и способы их финансирования.
- Кстати о финансах. Кто вас поддерживает?
- Наша группа под руководством профессора Михаила Цодыкса удостоилась гранта Российского научного фонда для поддержки отдельных научных групп. Фонд предоставил нам 15 миллионов рублей на три года. Мы получили возможность привлекать талантливых студентов и аспирантов к работе в нашей команде, участвовать в зарубежных конференциях. В прошлом году я был на стажировке в Институте наук Вейцмана (Израиль), в этом году побывал на двух международных форумах по математическому моделированию и нейроинженерии в Германии и Испании: делал стендовые доклады, познакомился с результатами зарубежных исследователей. Установил новые контакты с иностранными группами для проведения совместных исследований. Общие проекты, естественно, потребуют дополнительных грантов. Возможно это будут гранты того же РНФ, но в рамках конкурсов, проводящихся совместно с другими зарубежными фондами.
- Почти 10 лет вы занимаетесь этой темой. Что дальше, какие задачи ставите?
- Я читаю лекции, веду спецкурсы, работаю со студентами, аспирантами и хочу, чтобы они оценили перспективность и важность исследований, которые проводит наша группа, заинтересовались нашим проектом и приняли в нем участие. Предложил бы им перспективные работы по математическому моделированию для изучения таких явлений в нейронных сетях мозга, как принятие решений, рабочая память, фокусировка внимания, формирование моторных команд, других когнитивных функций. Это направление связано с прикладными проектами нашего коллектива, в частности разработками для технологии “интерфейс - мозг - компьютер”, систем регистрации и декодирования сигналов мозга, систем управления экзоскелетонными устройствами, роботизированными протезами, антропоморфными роботами. Возможности, как видите, неограниченные.

Подготовил Юрий Дризе
Фото предоставлено А.Симоновым


 

Отзывы

Чтобы оставить отзыв необходимо авторизоваться или зарегистрироваться



 

Статьи на тему

От вспышки до всплеска. Астрофизики задают вопросы Вселенной.
Почти полвека прошло, а помнится, как будто было вчера. Новоиспеченный кандидат наук Геннадий Бисноватый-Коган показал своему учителю Якову Зельдовичу всего-то набросок будущей статьи: мол, стоящее ли дело, нужно ли его доводить? Вердикт наставника был неожиданным и категоричным: “Немедленно отдавайте в печать”. Вчерашний аспирант “замахнулся” на серьезную проблему: описал неизвестный магнито-ротационный механизм взрыва сверхновой. /№ 12(2017)
С гигантским эффектом. Дальневосточники по-новому взглянули на известную теорию.
Удивительно, но факт - основателем одной из ведущих российских научных школ был американский диссидент, сбежавший из США в СССР во времена холодной войны. Это Альфред Сарант, который на новой родине стал Филиппом Георгиевичем Старосом. Сначала он работал в Ленинграде, затем поднимал нашу науку на Дальнем Востоке. Позднее созданную там американцем научную школу возглавлял Виктор Лифшиц. А сегодня их дело успешно продолжает заместитель директора по научной работе Института автоматики и процессов управления ДВО РАН, заведующий Отделом физики поверхности член-корреспондент РАН Александр Саранин. /№ 12(2017)
Рожать и никаких гвоздей. Чего ждать семьям от репродуктивной медицины?
О предиктивных технологиях и возможностях молекулярной генетики в репродуктивной медицине рассказал на одном из недавних заседаний Президиума Российской академии наук профессор, главный акушер-гинеколог Департамента здравоохранения Москвы и создатель сети клиник “Мать и дитя” Марк Курцер. /№ 9-10(2017)

Новости


Рособрнадзор сообщил, что досрочная сдача ЕГЭ в этом году пройдет с 23 марта по 14 апреля (основной период - с 29 мая по 1 июля 2017 года). В 2017 году раньше решили сдать экзамен 44 тысячи человек, из них 2 тысячи - выпускники текущего года, 210 участников с ограниченными возможностями здоровья.



МГУ им. М.В.Ломоносова приглашает на День открытых дверей, который будет проходить в Главном здании университета 26 марта. В 10.00 состоится открытие выставок-презентаций всех факультетов МГУ в фойе Актового зала Главного здания университета.



На сайте Московского образовательного интернет-телеканала дан старт пятому сезону проекта “Вопросы, важные для всех”, в рамках которого любой житель столицы может задать волнующий его вопрос о развитии образования руководителю Департамента образования города Москвы Исааку Калине.

В 2016 году чистая прибыль предприятий сельскохозяйственного профиля, подведомственных ФАНО, составила 1,552 млрд рублей (в 2013-м - 421 млн). Таким образом, за три года динамика чистой прибыли опытных производств в сельском хозяйстве превысила 350%.

Количество бюджетных мест в МГУ им. М.В.Ломоносова увеличится на три тысячи. Об этом на пресс-конференции в ТАСС заявил ректор вуза Виктор Садовничий.

Конференции


Международная конференция “Modern Trends in Dendrimer Chemistry and Applications” предоставляет уникальную возможность узнать о новых разработках как в России, так и за рубежом в области синтеза и применения дендримеров. Конференция будет проходить в Москве, с 1 по 4 октября 2017 года, на базе ИНЭОС РАН.

Перечень научных конференций, симпозиумов, съездов, семинаров и школ, проводимых подведомственными ФАНО России организациями в 2017 году.

Перечень научных конференций, симпозиумов, съездов, семинаров и школ, проводимых подведомственными ФАНО России организациями в 2017 году.

Текущие конкурсы


Российский научный фонд начал прием заявок по первым трем конкурсам Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими, в том числе молодыми, учеными, которая была разработана в соответствии с поручением главы государства. Научные исследования в рамках этой программы должны быть направлены на решение конкретных задач по приоритетным направлениям, обозначенным в Стратегии научно-технологического развития Российской Федерации.

О конкурсе на соискание золотой медали имени Е.М.Примакова, проводимом Российской академией наук в 2017 году Российская академия наук объявляет конкурс на соискание золотой медали имени Е.М.Примакова, присуждаемой отечественным ученым за выдающиеся научные достижения в области мировой экономики и международных отношений.

Конкурс 2018 года проектов фундаментальных научных исследований, проводимый федеральным государственным бюджетным учреждением “Российский фонд фундаментальных исследований” совместно с Министерством по науке и технологиям Тайваня.

Фонд развития теоретической физики “БАЗИС” объявляет прием заявок в рамках Программы индивидуальных грантов - 2017 для поддержки ведущих ученых и талантливых молодых исследователей, проводящих теоретические исследования в области фундаментальной физики.

Фонд изучения глобальных рисков (The Global Challenges Foundation) запустил международный конкурс (с призовым фондом в 5 миллионов долларов), который определит перспективные модели международного сотрудничества для преодоления значимых угроз человечеству, среди которых: изменение климата, применение оружия массового поражения и крайняя бедность.

Вакансии


17.03.2017
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт океанологии им. П.П.Ширшова Российской академии наук объявляет конкурс на замещение вакантных должностей...

17.03.2017
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Научный центр волоконной оптики Российской академии наук объявляет конкурс на замещение вакантной должности...

17.02.2017
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии Российской академии наук (ИГЕМ РАН) объявляет конкурс на замещение вакантных должностей...





опрос

Какие рубрики нашей газеты Вам наиболее интересны?




Copyright 2010
Главная страница   |   О газете  |  Партнеры  |  Команда Поиска  |  Вакансии