Завершилась работа пятой юбилейной конференции Volga Neuroscience Meeting. Организаторами стали Нижегородский государственный университет имени Н.И. Лобачевского и фонд «Международный центр — это фонд, занимающийся перспективными исследованиями, расположенный в Нижнем Новгороде» , Институт мозга человека им. Н.П. Бехтеревой РАН, Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Научный центр психического здоровья ». Эта конференция, несомненно, выделяется среди российских научных мероприятий по ряду причин. Фактически, она является уникальной платформой, объединяющей ученых, занимающихся исследованиями в области нейронаук.
Платформа отличается широтой охвата и разнообразием направлений, включая нейрофизиологию, молекулярную и клеточную нейронауку, когнитивные исследования, трансляционную и клиническую практику, а также нейроинтерфейсы и нейротехнологии. В Российской Федерации, в отличие от многих других государств, на текущий момент отсутствует общество нейронаук, чему и была посвящена специальная дискуссия. В связи с этим волжская конференция приобретает значимость, поскольку она объединяет ученых и содействует сближению различных областей исследований.
Среди ключевых особенностей стоит отметить гибкость и динамичность, применение разнообразных современных способов подачи результатов и обсуждений, значительное количество молодых участников и приятная, неформальная обстановка. Конференция впервые состоялась десять лет назад и в последующие годы проходила на теплоходе, курсирующем по Волге. После пандемии мероприятие перенесли в загородный отель, расположенный в Нижегородской области. В нынешнем году количество участников достигло рекордного показателя – более 260 ученых из России, Италии, Китая, Бельгии, Великобритании и США.
Доклады и результаты исследований
При таком междисциплинарном подходе существует риск того, что отдельные разделы будут существовать обособленно, без связи с остальными, и сведутся к внутреннему обсуждению научных достижений в конкретной области. В данном случае ключевую роль играют пленарные лекторы, которые должны демонстрировать междисциплинарный подход в своих работах. Так и произошло.
Конференция началась с пленарного доклада профессора Пу Мумина, выдающегося деятеля китайской и мировой нейронауки, чье имя известно широкому кругу специалистов. Наибольшую известность публике он приобрёл благодаря сенсационному клонированию двух макак в 2017 году. В то время китайский ученый заявил, что проводит эти исследования с целью развития медицины и не планирует клонировать человека. Однако основное научное направление деятельности Пу Мумина – нейронаука. Его достижения и награды внушительны: в настоящее время он является директором Института нейронаук Китайской академии наук в Шанхае и заслуженным профессором Калифорнийского университета в Беркли (США). Родом из Тайваня, где его семья прожила год, пока ему не исполнилось, после окончания университета он перебрался в Америку. Ученую степень он получил в Университете Джонса Хопкинса в 1974 году, тогда же была опубликована его первая научная работа Nature. Вскоре после этого он организовал собственную лабораторию в Калифорнии, которую затем переместил в Йельский университет. За ним последовал Колумбийский университет, Калифорнийский университет в Сан-Диего и, в заключение, Беркли. Следует отметить, что Пу Мумин поддерживал тесное взаимодействие с Китайской академией наук и в конце 1990-х годов учредил Институт нейронаук в Шанхае.
«Пу Мумин руководит созданием Шанхайского института нейробиологии, что позволяет увидеть перспективы развития его страны как лидера в биологической науке», ― из публикации Neuroscience in China: Growth factor (Nature News). Ученый на протяжении многих лет перемещался между Соединенными Штатами и Китаем, однако в 2018 году он отказался от гражданства США и теперь постоянно работает в Шанхае.
Его выступление на конференции было посвящено теме «Мезоскопическое транскриптомное и коннектомное картирование мозга» ( Мезомасштабное картирование транскриптома и коннектома головного мозга ). Мезоскопическая визуализация представляет собой метод изучения мозга, обеспечивающий уровень детализации, находящийся между микроскопическим (изучение отдельных клеток) и макроскопическим (анализ целых областей). Многие специалисты полагают, что данные исследования окажут существенное воздействие на развитие нейронауки во всем мире.
― Данная программа включает в себя обширные исследования, проводимые по всему миру. Однако в настоящее время Китай занимает лидирующие позиции в этой сфере, разрабатывая уникальные технологии, которые позволяют реализовать то, о чем он говорил в своей лекции, ― поясняет академик Константин Владимирович Анохин, директор Института перспективных исследований мозга МГУ имени М.В. Ломоносова, председатель программного комитета конференции Volga Neuroscience Meeting — 2025. ― Микрооптическая флуоресцентная томография дает возможность воссоздать трехмерное изображение мозга по слоям, визуализировать связи между нейронами и исследовать их с ультрамикроскопической детализацией. Изначально китайские исследователи провели эту процедуру на мышах, а сейчас в рамках национальной программы повторяют ее на приматах, поскольку эта модель более близка к человеческой. Уже сейчас полученные данные позволяют извлекать значительный объем информации, которая в перспективе может найти применение в медицине.
По словам Пу Мумина (он указывал на слайды), к исследованиям добавляется пространственный транскриптомный анализ, позволяющий оценить экспрессию от 5 до 8 тысяч генов в каждой клетке, отображенной на срезе мозга мыши, макаки или человека. Это открывает новые возможности для изучения мозга, поскольку оказывается, что почти каждая клетка уникальна. Не только по своему типу или морфологии – это известно с XIX века – а по своему индивидуальному «транскриптомному портрету», который отличается у каждой клетки. Наблюдается, что во многих областях эти клетки весьма схожи, проецируются в одни и те же зоны и формируют «коллективы», однако в других – заметно различаются. Все это предопределяет существенный пересмотр методов и инструментов, которыми будет пользоваться нейронаука в ближайшее десятилетие.
― Возникает вопрос об уровне доступности этих данных.
― Закрытие этих разработок нецелесообразно, ― полагает К.В. Анохин. По его мнению, это будет аналогично проекту «Геном человека» или работе с открытыми базами данных, используемыми в Алленовском институте мозга в США.
― Китайский ученый представил убедительные слайды, иллюстрирующие эти связи и сети на различных уровнях. Могло ли это внести вклад в теорию гиперсети мозга, которой вы занимаетесь последние годы?
― Мы неоднократно обсуждали с Пу Мумином, как перейти от текущих структурных исследований коннектомов к следующему этапу, когда структурные взаимоотношения и проекции нервных клеток будут соотнесены с их функциональными объединениями. Эти объединения также можно отобразить на тех же срезах. С помощью специализированных молекулярных зондов на срезах мозга удается определять не только анатомические связи, но и активность клеток во время конкретной деятельности. С технической точки зрения это уже осуществимо, однако Пу Мумин и его группа находятся на другом этапе проекта и, вероятно, приступят к функциональным исследованиям через некоторое время. Я буду ждать…
Выступление китайского ученого установило высокую планку для пленарных заседаний конференции, однако и последующие доклады оказались весьма содержательными и нередко удивляли.
Леонид Леонидович Мороз, заслуженный профессор нейробиологии, генетики, биологии и химии лаборатории морских исследований Флоридского университета (США) является известным ученым, специализирующимся на нейробиологии животных, методах молекулярно-генетического анализа и эволюции живых организмов. Тема его пленарного доклада — «Альтернативные нейронные системы: функциональный и эволюционный аспекты» ( Альтернативные нейронные системы: что такое нейрон с функциональной и эволюционной точек зрения ). В этом труде он представил итоги, основанные на результатах ряда научных экспедиций и публикаций в научном журнале Frontiers in Cell and Developmental Biology в течение последних лет.
На основе геномных и филогенетических данных впервые установлено, что эволюция нейронов, возможно, происходила неоднократно ( Мороз и др., 2014; Мороз и Кон, 2016) или даже три раза (Мороз и др., 2021) в процессе конвергентной эволюции не сформировался единый «дизайн» нейронной архитектуры с универсальной геномной схемой, применимой ко всем видам. Существует четыре ранние дивергентные линии, отделившиеся от общего предка всех животных, лишенного нервной системы, и независимо развившие отдельные интегративные системы нейроидного типа.
― Биологическое разнообразие, ― отмечает ученый, ― представляет собой миллионы уникальных опытов, проведенных природой на протяжении 3,5 миллиардов лет эволюции. Это ценный дар, который природа преподнесла человечеству, содержащий прототипы будущих лекарственных препаратов и открывающий перспективы для создания новых форм в биоинженерии и регенеративной медицине.
Начальник лаборатории Института фундаментальной медицины и биологии Казанского (Приволжского) федерального университета Рустем Нариманович Хазипов представил впечатляющие и неожиданные данные о ранней активности в развивающемся мозге. Именно так назывался его доклад ― «Ранняя активность развивающегося мозга» ( Early activity in the developing brain). Ему и его команде посчастливилось получить совершенно новые сведения о мозге на самых ранних этапах его развития. Парадоксально, но развивающийся мозг плода самостоятельно формируется благодаря внутренней активности еще до того, как начинает получать внешние сигналы. Он уже подготавливает себя к взаимодействию с внешним миром, формируя ориентации и рецептивные поля. Продемонстрировано, как фундаментальные исследования могут быть полезны для понимания развития мозга у человека. Крысята (исследования проводились на этой модели) после рождения в течение полутора недель соответствуют по срокам эмбриональному развитию плода человека, но, в отличие от человека (прежде всего, необходимо учитывать, что там эти методы недоступны), они после рождения не сразу открывают глаза, и процессы их развития продолжаются, что делает возможными подобные исследования. Фундаментальные процессы самоорганизации, зависящие от внутренней активности, формируют структуры, связи и формы мозга ребенка.
Современные методы и технологии
Виктор Васильевич Ерохин, профессор Института материалов для электроники и магнетизма (Парма, Италия), являющийся одним из первопроходцев в области изучения органических структур и способов выращивания живых систем на функциональных подложках из проводящих полимеров, продемонстрировал результаты работы, посвященной созданию гибридных структур. В ходе исследования было показано, что эти структуры обладают пластичностью и свойствами, аналогичными соединительным структурам, встречающимся в синапсах и нейронах человеческого мозга. Они способны устанавливать контакты и интегрируются в биологическую ткань.
Традиционно на Volga Neuroscience Meeting представлены исследования в области продления жизни. Это связано с тем, что на базе ННГУ им. Н.И. Лобачевского функционирует лаборатория системной медицины здорового старения, созданная в рамках программы мегагрантов совместно с Клаудио Франчески ― почетным профессором Болонского университета и Научно-исследовательского клинического института неврологических наук ( IRCCS, Болонья, Италия).
Программа мегагрантов завершилась, однако лаборатория функционирует и сейчас. Совместная работа с профессором Франчески также не прекратилась. В рамках поездки на конференцию он сделал презентацию доклада под названием «Часы для возраста мозга» ( Clocks for the aging brain). Клаудио Франчески — иммунолог. Он разработал теорию «воспалительного старения» ― inflammaging (от англ. inflammation «воспаление» и aging «старение»), заключающаяся в том, что основным фактором, ускоряющим возрастные изменения организма, является хроническое системное воспаление. Однако на лекции он расширил рассмотрение проблемы, проанализировав связь между скоростью старения отдельных органов и системным старением, и предложил метод для определения биологического возраста.
В последние годы исследователи, занимающиеся изучением старения, включая Клаудио Франчески, все больше внимания уделяют возрастным изменениям, происходящим в мозге, а также роли когнитивных функций и умственной деятельности в общем процессе старения.
В Нижегородском государственном университете разработали «Калькулятор когнитивного возраста» (доступен для компьютеров и в виде мобильного приложения) и когнитивный тренажер. В его работе применяются общепризнанные тесты, которые позволяют оценить скорость принятия решений, кратковременную память, моторные навыки, логику, цветовосприятие и гибкость мышления (способность находить решения в ситуациях когнитивного конфликта). Биологический когнитивный возраст вычисляется моделью искусственного интеллекта, основанной на глубокой нейронной сети. Каждый желающий может пройти тестирование по ссылке на сайте университета.
Клаудио Франчески, отвечая на вопрос о том, какие препараты для защиты от старения он принимает постоянно, заявил:
― Я — преподаватель университета, и мой мозг постоянно вовлечен в работу: будь то научные исследования, написание статей, общение со студентами или чтение лекций, как я делаю сейчас на этой конференции. Подобная интенсивная деятельность может быть эквивалентна применению многих геропротекторов.
Впервые на конференции состоялась церемония награждения Фонда им. ак. Н.П. Бехтеревой за работы по направлениям, которые она активно разрабатывала при жизни. Первым лауреатом премии стал Алексей Сергеевич Седов, кандидат биологических наук, возглавляет лабораторию клеточной нейрофизиологии человека в Институте химической физики им. Н.Н. Семенова РАН. В рамках конференции он выступил с докладом «Нейрональные корреляты эффективности глубокой стимуляции мозга у пациентов с двигательными нарушениями». ( Нейронные корреляты эффективности глубокой стимуляции мозга у пациентов с расстройствами движений ).
Наталью Петровну Бехтереву справедливо считают первопроходцем в сфере использования имплантированных электродов для изучения функций мозга и терапии патологий. В связи с этим, работа, продемонстрированная на конференции А.С. Седовым и его коллегами, полностью соответствует ее научным интересам: электрическая стимуляция глубоких мозговых структур, болезнь Паркинсона, фиксация и анализ нейронной активности в человеческом мозге. Это также является наглядным примером трансляционной медицины, реализующей модель «лаборатория – клиника – лаборатория». Специалисты под руководством А.С. Седова активно взаимодействуют с НИИ нейрохирургии им. акад. Н.Н. Бурденко.
Авторы суммировали значительный объем данных, посвященных изучению активности нейронов – как отдельных, так и групп – в различных базальных ганглиях у пациентов с болезнью Паркинсона. При этом, особенно важно, что они сопоставили эти данные с результатами глубокой стимуляции мозга, осуществляемой с помощью имплантированных электродов ( DBS) и осуществили исследование активности отдельных нейронов в дофаминергической системе вентральной покрышки ( VTA), изучив особенности их активности в состоянии бодрствования. В результате анализа они установили, что реакция нейронов базальных ганглиев на DBS во время имплантации электродов может быть использована в качестве предиктора эффективности стимуляции, то есть оценки эффективности будущего лечения.
В номинации «Лучший постер» победительницей стала Дарья Георгиевна Костанян (Научно-технологический университет «Сириус») провел исследование, посвященное изучению изменения амплитуды и фазы дискриминационной реакции на буквы иностранного языка у детей в возрасте от трех до девяти лет» ( Динамика изменения амплитуды и фазы реакции различения букв иностранного языка у детей в возрасте от 3 до 9 лет ).
Автор: Елена Кокурина, для интернет-издания «Научная Россия»
Все фотографии в материале: Максим Черствов