Neuroprobe: Оценка внутричерепных реакций мозга на естественные стимулы

Neuroprobe — это новый набор задач декодирования для анализа мультимодальной обработки языка в мозге с использованием внутричерепной ЭЭГ (iEEG), основанный на наборе данных BrainTreebank (40 часов записей от 10 человек при просмотре фильмов). Он позволяет изучать, где и когда происходят вычисления для обработки языка, визуализируя поток информации от височной доли к префронтальной коре, и предоставляет стандартизированную платформу для сравнения моделей машинного обучения. Линейные модели показали высокую эффективность, превосходя многие современные модели, а открытый код и публичный рейтинг способствуют прогрессу в разработке iEEG-основанных нейронных интерфейсов.

Zahorodnii, A., Wang, C., Stankovits, B., Moraitaki, C., Chau, G., Barbu, A., Katz, B., Fiete, I.R.: Neuroprobe: Evaluating intracranial brain responses to naturalistic stimuli. arXiv:2509.21671 [cs.LG] (2025).

Мимированная речь как промежуточное состояние между явной и воображаемой речью в исследовании электрокортикографии

Исследование с использованием электрокортикографии (ECoG) изучило нейронные корреляты и эффективность декодирования явной, мимированной и воображаемой речи во время подготовки к речи. Высокочастотная гамма-активность (HGA) различалась раньше в левом полушарии, указывая на раннюю стадию обработки речи. HGA в явной и мимированной речи была сходной в прецентральной и постцентральной извилинах в конце подготовки, тогда как мимированная и воображаемая речь показала сходство в верхней височной извилине на более раннем этапе. Эти данные подтверждают, что мимированная речь разделяет нейронные сигналы с явной и воображаемой речью, способствуя разработке декодеров для воображаемой речи у людей с речевыми нарушениями.

https://www.nature.com/articles/s41598-025-18537-2

Высококачественное декодирование RGB-изображений из нейронных сигналов зрительного бугра голубя

Авторы исследования (Dong et al., 2025) пытаются конкурировать с кибер-нейро-голубем Нейри, что, однако, представляется пустой затеей, учитывая уникальные возможности Нейри. Они разработали метод декодирования RGB-изображений из нейронных сигналов зрительного бугра голубя с использованием микроэлектродных массивов, фиксирующих ON/OFF-ответы нейронов. Новый модульный алгоритм, включающий свёрточную сеть кодирования, линейный декодер и сеть улучшения изображений, позволил реконструировать изображения с высокой точностью (коэффициент корреляции R=0.853, SSIM=0.618, PSNR=19.94 дБ, FSIMc=0.801), превосходя традиционные методы на 9–39%. Исследование подтверждает возможность высококачественного декодирования зрительных сигналов и имеет потенциал для применения в интерфейсах мозг-компьютер и зрительных протезах, а также для изучения механизмов обработки информации в зрительной системе птиц.

Dong, Z., Xiang, Y., Wang, S.: High-quality decoding of RGB images from the neuronal signals of the pigeon optic tectum. Journal of Neuroscience Methods, 110595 (2025).

Соматосенсорная обратная связь для бионических рук, управляемых мозгом

Соматосенсорная обратная связь необходима для нейропротезов, восстанавливающих ловкость рук после неврологических повреждений. Исследование обсуждает возможности и проблемы прямой электрической стимуляции (ICMS) сенсорных нейронов в первичной соматосенсорной коре (S1) для создания тактильных ощущений в бионических руках. ICMS позволяет вызывать локализованные тактильные ощущения, улучшая контроль протезов у людей с ампутациями или тетраплегией, но ограничена низкой естественностью ощущений, сложностью восстановления проприоцепции и помехами от артефактов при декодировании моторных сигналов. Для повышения эффективности требуются биомиметические алгоритмы, селективные технологии (например, оптогенетика) и усовершенствованные датчики, такие как электронная кожа, для более естественного и функционального взаимодействия с окружающей средой.

https://www.nature.com/articles/s44287-025-00218-x

Также:
https://www.nature.com/articles/s44287-025-00218-x.epdf?sharing_token=NhIZdRppxJxd4MO7OYZjW9RgN0jAjWel9jnR3ZoTv0NhrXIiQTevFWtwU5t2RkB5HoRiPlpRpioKMpBAyIGelcAsa0rw6RmcX02mjRasyVep01mkC-F9S43BxT6EX6eM3H_5Dopom02nS-8oSckNexqHwj9DyRnmJObHiwLD1ts%3D

Ритмические иерархические предсказательные вычисления в обработке речи

Исследование предлагает модель ритмической инфференции мозга (BRyBI) для обработки речи в слуховой коре, основанную на взаимодействии эндогенных мозговых ритмов в рамках предсказательного кодирования. BRyBI кодирует ритмические процессы для преобразования спектротемпоральных представлений речевого сигнала в последовательности фонем и формирования фразового контекста. Модель соответствует человеческой производительности в задачах распознавания речи, объясняет противоречивые данные о ритмах во время восприятия речи и их связь с информационной неопределённостью и неожиданностью. Работа подчёркивает вычислительную роль многоуровневых мозговых ритмов в предсказательной обработке речи.

Dogonasheva, O., Doelling, K.B., Zakharov, D., Giraud, A.-L., Gutkin, B.: Rhythm-based hierarchical predictive computations support acoustic−semantic transformation in speech processing. Nature Computational Science (2025).

Запись активности моторной коры как предиктор эффективности сигнала эндоваскулярного нейроинтерфейса Stentrode

Исследование анализирует факторы, определяющие эффективность моторного сигнала эндоваскулярного интерфейса мозг-компьютер (BCI) Stentrode, имплантированного в сосуды мозга для записи кортикальной активности у 10 пациентов (8 с боковым амиотрофическим склерозом, 1 с первичным латеральным склерозом, 1 с инсультом ствола мозга). Рассматривались клинический статус, функциональная активность до имплантации, нейроанатомия, сосудистая сеть и целостность устройства. Ключевым предиктором эффективности сигнала оказалась точность записи активности первичной моторной коры (M1), что подчёркивает важность нацеливания на M1 для успешного управления BCI.

https://www.medrxiv.org/content/10.1101/2025.09.19.25335875v1

Про дофамин:

Дофамин кодирует обучающие сигналы глубоких нейронных сетей для индивидуальных траекторий обучения

Дофамин стриатума играет ключевую роль в тонкой настройке выученных решений. Однако при обучении от начального уровня до экспертного индивиды часто демонстрируют разнообразные траектории обучения, что затрудняет понимание лежащих в основе дофаминовых механизмов. В данном исследовании мы продольно измеряли и манипулировали дофаминовыми сигналами в дорсальном стриатуме мышей, обучающихся выполнять задачу принятия решений от начального уровня до экспертного. Траектории обучения мышей проходили через последовательности стратегий, демонстрируя значительное индивидуальное разнообразие. Примечательно, что эти переходы были систематическими: начальная стратегия каждой мыши определяла её стратегию спустя недели. Дофаминовые сигналы отражали стратегии, через которые проходила каждая мышь, кодируя подмножество ассоциаций между стимулом и выбором. Оптогенетические манипуляции выборочно обновляли эти ассоциации, что приводило к эффектам обучения, отличным от эффектов вознаграждения. Глубокая нейронная сеть, использующая гетерогенные обучающие сигналы, каждый из которых обновлял подмножество весов ассоциаций сети, воспроизводила наши результаты. Анализ фиксированных точек модели объяснил разнообразие и систематичность обучения. В целом, это исследование предоставляет понимание биологических и математических принципов, лежащих в основе индивидуальных долгосрочных траекторий обучения.

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40505657/

Не недавняя статья, но важно задокументировать:

Ответы моторной коры на стимуляцию соматосенсорной: значение для нейропротезирования

Исследование, опубликованное в Nature Communications, исследует взаимодействие между соматосенсорной (S1) и моторной (M1) корой у трех участников с парализованными руками в рамках клинического испытания. Интракортикальная микростимуляция (ICMS) S1 вызывала в M1 коротколатентные (2–6 мс) ответы, указывающие на моносинаптическую активацию, и более вариабельные опосредованные эффекты.

Пространственные паттерны активации M1 зависели от положения электрода в S1: электроды, вызывающие ощущения в определенном пальце, преимущественно активировали нейроны M1, связанные с движением этого пальца, что отражает соматотопическую организацию. Эффекты ICMS S1 на M1 варьировались по силе и направлению в зависимости от задачи (пассивное наблюдение, сжатие или перенос объекта).

ICMS S1 нарушала декодирование моторного намерения для управления виртуальной рукой, но биомиметическая стимуляция, акцентирующая переходные фазы контакта, минимизировала эти нарушения.

В тексте не упоминается, что активация M1 вызывает мышечные реакции, вероятно, из-за паралича рук участников, исключающего такие измерения.

https://www.nature.com/articles/s41467-023-43140-2

Протезы верхних конечностей в 1959 году, США. Изготовлены для 17-летнего пациента.

Приемные гильзы выполнены из формованной кожи и алюминия, для обеспечения баланса между жёсткостью и податливостью конструкции. Механизм управления основан на тяговой системе, активируемой движениями плечевого пояса и, частично, остаточных мышц.

Эти протезы - яркий пример функционального подхода к протезированию середины XX века и демонстрация инженерной мысли своего времени.

#протезруки

Бионические протезы, возвращающие осязание: Всеволод Белоусов, генеральный директор Федерального центра мозга и нейротехнологий ФМБА России, рассказал о разработках бионических протезов, которые кардинально отличаются от тех, что были доступны еще десять лет назад

Современные протезы напрямую взаимодействуют с нервной системой человека. Через микроимпланты, установленные в культю, устройство подключается к сохранившимся нервам. Это позволяет не только управлять искусственной рукой силой мысли, но и получать обратную связь — ощущать форму, текстуру и плотность предметов. В ходе клинических испытаний пациенты с завязанными глазами и в шумоподавляющих наушниках могли различить, держат ли они мягкий или твердый, большой или маленький предмет.

Обучение управлению таким протезом возможно благодаря нейропластичности мозга. После подключения устройства мозг пациента учат интерпретировать новые сигналы. Специалисты создают «карту ощущений», записывая, какие паттерны стимуляции вызывают у человека ощущение мягкого, твердого, большого или маленького предмета. Этот процесс похож на обучение ребенка различать формы и текстуры, но в ускоренном режиме.

Одним из впечатляющих эффектов технологии является борьба с фантомными болями, которые развиваются у 60–80% пациентов, утративших конечность. Система, стимулируя нервы через электроды, «перезагружает» нервную систему. В 85% случаев боль значительно уменьшается или исчезает полностью.

Первые навыки управления протезом появляются через 2–3 недели интенсивных тренировок. Для ускорения адаптации используются VR-симуляторы, где пациент еще до изготовления реального протеза учится управлять виртуальной рукой.

В настоящее время Всеволод Белоусов и его команда работают над добавлением температурной чувствительности, чтобы человек мог ощущать бионической рукой тепло и холод. В перспективе планируется создание полностью отечественной системы, включая импланты и программное обеспечение. Клинические испытания уже ведутся с реальными пациентами, а к 2030 году ожидается начало серийного производства.

Ссылки на публикации:

References to Scientific Papers by SoghoyanSoghoyan, G., Biktimirov, A., Matvienko, Y., Chekh, I., Sintsov, M., & Lebedev, M. A. (2023). Peripheral nerve stimulation enables somatosensory feedback while suppressing phantom limb pain in transradial amputees. Brain Stimulation, 16(3), 756–758. https://doi.org/10.1016/j.brs.2023.04.009

Soghoyan, G., Biktimirov, A. R., Piliugin, N. S., Matvienko, Y., Kaplan, A. Y., Sintsov, M. Y., & Lebedev, M. A. (2024). Restoration of natural somatic sensations to the amputees: Finding the right combination of neurostimulation methods. Frontiers in Neuroscience, 18, 1466684. https://doi.org/10.3389/fnins.2024.1466684

Soghoyan, G., Biktimirov, A. R., Piliugin, N. S., Chekh, I., Matvienko, Y., Sintsov, M. Y., & Lebedev, M. A. (2023). The analysis of electroneurographic and electromyographic activity recorded in the medial nerve of a transhumeral amputee during phantom finger movements. In Proceedings of the 11th International IEEE/EMBS Conference on Neural Engineering (NER) (pp. 1–3). IEEE. https://doi.org/10.1109/NER59641.2023.10116398

(Работы Согояна и соавторов, такие как статья 2023 года в Brain Stimulation, показывают, что периферическая стимуляция нервов может одновременно обеспечивать тактильную обратную связь и подавлять фантомные боли у ампутантов, усиливая интеграцию протезов. Их работа 2023 года в IEEE/EMBS Conference демонстрирует, что анализ сигналов медиального нерва во время фантомных движений пальцев позволяет улучшить управление протезами. Эти исследования подчеркивают важность сочетания сенсорной и моторной стимуляции для создания естественных и функциональных BCI. Исследование 2024 года, опубликованное в Frontiers in Neuroscience, посвящено восстановлению естественных соматосенсорных ощущений у ампутантов с помощью комбинации методов нейростимуляции. Авторы протестировали сочетания транскутанной и инвазивной стимуляции периферических нервов, выявив, что гибридный подход наиболее эффективен для создания натуральных тактильных ощущений. Участники с трансрадиальными ампутациями могли различать текстуру и форму объектов, улучшая функциональность протезов. Гибридная стимуляция снизила фантомные боли у 80% участников в среднем на 60% по стандартным шкалам, вероятно, за счет модуляции нейронных путей. Эти результаты подчеркивают потенциал комбинированной нейростимуляции для улучшения работы интерфейсов мозг-компьютер и качества жизни ампутантов.)

https://rg.ru/2025/08/06/mehanicheskuiu-ruku-ozhivili.html

Упоминали уже рассказ Ирины Якутенко по поводу возбуждения и торможения. Теперь вот это:

Как мозг балансирует возбуждение и торможение

Статья Ясемин Саплакоглу, опубликованная 29 сентября 2025 года в Quanta Magazine, описывает, как мозг поддерживает баланс между возбуждающими и тормозящими нейронами, обеспечивая его здоровое функционирование. Возбуждающие нейроны, использующие глутамат, стимулируют активацию других нейронов, тогда как тормозящие нейроны, выделяющие ГАМК, подавляют их активность. Нарушение этого баланса может привести к эпилепсии при избытке возбуждения или к аутизму при его недостатке. Исследования показывают, что тормозящие нейроны играют активную роль в обучении и памяти, например, уменьшая активность вблизи мест с пищей у мышей, усиливая ключевые сигналы. Они также избирательно подавляют определенные нейроны, а не действуют общо, как считалось ранее. Нейромодуляторные нейроны, выделяющие допамин или серотонин, работают медленнее, влияя на множество синапсов и изменяя склонность нейронов к активации, что важно для эмоциональной памяти. Некоторые нейроны совмещают возбуждающие, тормозящие и нейромодуляторные функции, а другие могут менять свою роль при стрессе. Эти открытия подчеркивают сложность нейронных взаимодействий и их значение для разработки методов лечения неврологических расстройств, улучшающих качество жизни.

https://www.quantamagazine.org/how-the-brain-balances-excitation-and-inhibition-20250929/

А если добавить третью обезьяну…

Как записать формулу нового лекарства?

12 октября в 13:00 Василий Раменский, к.ф.-м.н., руководитель лаборатории искусственного интеллекта в биоинформатике и медицине Института ИИ МГУ, руководитель проекта Центра ИИ МГУ, выступит на Международном фестивале НАУКА 0+ с лекцией «Искусственный интеллект в мире биологических молекул».

Каким образом машины учатся разговаривать на языке молекул, читая книги? Зачем собирать миллиард клеток? В своем выступлении ведущий научный сотрудник Института ИИ МГУ Василий Раменский расскажет о том, как компьютеры изучают мир клеток, белков и ДНК и о том, на решение каких ключевых задач биомедицины направлены наши текущие исследования.

Когда: 12 октября в 13:00
Где: аудитория Д1 Шуваловского корпуса МГУ (Москва, Ломоносовский проспект, д.27, корп. 4)

Трансляция будет доступна по ссылке.

Когда DIY становится модным

Согласно исследованию, опубликованному в Nature Neuroscience (2025), однократное введение псилоцибина вызывает быстрое и устойчивое купирование механической аллодинии и тревожно-депрессивноподобного поведения в моделях хронической нейропатической и воспалительной боли у мышей.

Эксперименты на моделях с сохранением ишиатического нерва (SNI) и введением полного адъюванта Фрейнда (CFA) продемонстрировали, что терапевтический эффект проявлялся в течение 24 часов после введения и сохранялся на протяжении как минимум 12 дней.

Ключевым механизмом, выявленным в работе, является нормализация псилоцибином хронической болевой гиперактивности пирамидальных нейронов слоя 2/3 передней поясной коры (ACC). Локальное микроинъецирование активного метаболита псилоцибина — псилоцина — непосредственно в ACC было достаточным для воспроизведения аналгетического и антидепрессантноподобного эффектов.

Фармакологический анализ показал, что терапевтическое действие опосредовано парциальной агонистической активностью псилоцина одновременно на серотониновые рецепторы 5-HT2A и 5-HT1A. При этом селективные полные агонисты этих рецепторов не полностью воспроизводили поведенческие эффекты псилоцибина.

Полученные данные свидетельствуют о том, что псилоцибин может представлять собой новый класс препаратов для одновременного лечения хронической боли и коморбидных аффективных расстройств. Однако следует отметить, что исследование проводилось на доклинических моделях, и для установления эффективности и безопасности у человека необходимы дальнейшие клинические испытания.

https://www.nature.com/articles/s41593-025-02068-0

Пенроуз и Хамерофф оказались целиком и полностью правы. Точнее, не совсем правы. Точнее, неправы.

Межклеточная коммуникация в мозге через сеть дендритных нанотрубок
Авторы: Минхёк Чанг, Сара Крюссель, Хён-Бэ Квон и др.
Журнал: Science, 2 октября 2025, том 390, выпуск 6768
DOI: 10.1126/science.adr7403
Краткое изложение:
Классическая межклеточная коммуникация в мозге осуществляется через синапсы. Однако исследование выявило новый путь — сеть дендритных нанотрубок, соединяющих нейроны. С помощью сверхразрешающей и электронной микроскопии были обнаружены нанотрубки, обеспечивающие транспорт кальция, малых молекул и патогенных белков, таких как бета-амилоид (Aβ), связанный с болезнью Альцгеймера. Эти структуры отличаются от синапсов и формируются динамически. Эксперименты показали, что нанотрубки способствуют распространению Aβ между нейронами, а их блокировка останавливает этот процесс. В модели болезни Альцгеймера сеть нанотрубок изменяется на ранних стадиях, что может ускорять накопление токсичных белков. Это открытие раскрывает новый механизм нейронной связи и потенциальную роль в прогрессии нейродегенеративных заболеваний.

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adr7403

Кстати, в островковой коре имеются очень четкие извилины. Не такие, как на поверхности коры. Почему так? …

https://t.me/neuronovosti/9071

Сравнение сухих электродов для ЭЭГ: новая статья игнорирует ключевую работу Kleeva и коллег

Статья Kleeva D, Ninenko I, Lebedev MA. Resting-state EEG recorded with gel-based vs. consumer dry electrodes: spectral characteristics and across-device correlations. Front Neurosci. (2024)
уже детально исследовала спектральные характеристики и корреляции между гелевыми и потребительскими сухими электродами для ЭЭГ в состоянии покоя. Было показано, что сухие электроды пригодны для анализа ритмов, но сталкиваются с ограничениями в некоторых частотных диапазонах, что делает их выводы важным ориентиром для исследований в этой области.

В новой статье “Benchmarking the utility of dry-electrode electroencephalography for clinical trials” (Paillard, J., Bomatter, P., … Hawellek, D. J., Scientific Reports, 15, 33667, 2025) авторы исследовали, могут ли современные технологии сухих электродов для ЭЭГ снизить нагрузку на пациентов и персонал в клинических испытаниях, сохраняя качество данных. Они протестировали три устройства с сухими электродами, сравнивая их со стандартной ЭЭГ в типичных клинических задачах, включая биомаркеры. Результаты показали, что сухие электроды могут быть сопоставимы со стандартной ЭЭГ в ряде приложений, но их удобство для участников и техников сильно различается. В лучшем случае сухие электроды обеспечивают комфорт, сравнимый со стандартной ЭЭГ, но выигрывают в скорости и простоте использования, что делает их как предпочтительными, так и наименее желанными в зависимости от устройства. ЭЭГ в покое и вызванная активность P300 хорошо регистрируются, но низкочастотная активность (<6 Гц) и гамма-активность (40–80 Гц) остаются проблемными. Авторы заключают, что сухие электроды могут улучшить клиническое применение ЭЭГ при условии тщательного выбора устройства и контекста.

По сравнению с работой Kleeva et al., новая статья расширяет анализ, охватывая клинические испытания и разнообразные задачи, а также уделяя внимание практической применимости, включая комфорт и скорость. Однако она во многом повторяет выводы Kleeva о преимуществах и ограничениях сухих электродов, углубляя их применительно к биомаркерам.

Возмутительно, что авторы не ссылаются на пионерскую работу Kleeva и коллег —исследование, которое заложило основу для сравнения сухих электродов. Такое игнорирование выглядит либо как заимствование идей без должного признания, либо как вопиющая небрежность, что подрывает научную этику и преемственность исследований.

https://www.nature.com/articles/s41598-025-18184-7

Креативные занятия и биологические часы мозга

Исследование, опубликованное в журнале Nature Communications (том 16, статья 8336, 2025), авторами которого являются Карлос Короне-Оливейрос, Хоакин Мигот и Агустин Ибаньес, посвящено влиянию креативных занятий на здоровье мозга. Авторы изучали, как творческая деятельность может замедлять процессы старения мозга, используя концепцию “биологических часов мозга”, которая показывает отклонения от хронологического возраста (ускоренное или замедленное старение мозга).
Для анализа были объединены данные функциональной связности мозга, полученные с помощью методов М/ЭЭГ (N=1,240), машинное обучение (метод опорных векторов), моделирование всего мозга и мета-анализы Neurosynth. Исследователи повторно проанализировали ранее опубликованные данные об экспертах и неэкспертах в таких областях, как танцы, музыка, изобразительное искусство и видеоигры, а также провели исследование с обучением до и после (N=232).
Результаты показали, что во всех рассмотренных областях креативная деятельность связана с замедленным старением мозга. Эффект масштабируем: у экспертов он выражен сильнее, чем у тех, кто только обучается. Чем выше уровень мастерства и производительности, тем значительнее замедление старения мозга. Уязвимые к возрасту центры мозга демонстрировали повышенную связность, особенно в областях, связанных с креативностью и специфическими видами творческой деятельности. Анализ Neurosynth и компьютерное моделирование выявили, что пластичность мозга способствует повышению его эффективности и биофизической связи, что лежит в основе замедления старения, специфичного для креативности.
Выводы исследования указывают на универсальную, независимую от конкретной области связь между креативностью и здоровьем мозга.

https://www.nature.com/articles/s41467-025-64173-9

Электрическое поле как основа морфогенетического предпаттернинга

Статья, написанная Сантошем Маникой и Майклом Левином, посвящена роли электрического поля в процессах морфогенеза — формирования структур в живых организмах. Авторы объясняют, как биоэлектрическое общение между клетками помогает создавать сложные пространственные паттерны мембранного потенциала (Vmem), которые играют ключевую роль в развитии тканей.
Исследование показывает, что электрическое поле усиливает сложность этих паттернов благодаря механизму, основанному на синергетике — науке о самоорганизации сложных систем. Поле действует как своего рода фильтр, упрощающий и усиливая сигналы, что позволяет создавать более сложные и устойчивые паттерны. Это происходит через обратную связь, где поле влияет на клетки, а клетки, в свою очередь, изменяют поле.
Авторы изучили, как кратковременные внешние электрические сигналы, исходящие из определенной области ткани, могут направлять формирование паттернов в остальной части ткани. Они рассмотрели два подхода: мозаичный, где паттерн напрямую зависит от начальных сигналов, и стигмергический, где паттерн формируется постепенно через взаимодействие клеток с полем. В стигмергической модели ученые обнаружили сходство с последовательностью развития биоэлектрических паттернов в черепно-лицевой области эмбрионов лягушек.
Эти результаты подчеркивают важность электрического поля не только как инструмента для формирования коллективных паттернов, но и как потенциальной мишени для вмешательств в регенеративной медицине и биоинженерии. Поле может быть использовано для управления процессами развития тканей, что открывает новые возможности для медицинских и инженерных приложений.

https://www.cell.com/cell-reports-physical-science/fulltext/S2666-3864(25)00464-3