Нейробиология изучает нервную систему человека и животных, рассматривая вопросы устройства, функционирования, развития, физиологии, патологии нервной системы и мозга. Нейробиология – очень широкая научная область, охватывающая многие направления, например, нейрофизиологию, нейрохимию, нейрогенетику. Нейробиология тесно соприкасается с когнитивными науками, психологией, и оказывает все большее влияние при исследовании социо-психологических явлений.

Изучение нервной системы в целом и мозга в частности может проходить на молекулярном или клеточном уровне, когда исследуется строение и функционирование отдельных нейронов, на уровне отдельных скоплений нейронов, а также на уровне отдельных систем (кора головного мозга, гипоталамус и т.д.) и всей нервной системы в целом, включая и головной мозг, и спинной, и всю сеть нейронов в организме человека.

Ученые-нейробиологи могут решать совершенно разные задачи и отвечать, порой, на самые неожиданные вопросы. Как восстановить работу мозга после перенесенного инсульта и какие клетки в ткани мозга человека оказывали влияние на его эволюцию – все эти вопросы в компетенции нейробиологов. А еще: почему кофе бодрит, почему мы видим сны и можно ли управлять ими, как гены определяют наш характер и строение психики, как работа нервной системы человека влияет на восприятие вкусов и запахов, и многие-многие другие.

Одним из перспективных направлений исследований в нейробиологии сегодня является изучение связи сознания и действия, то есть, как мысль о совершении действия приводит к его совершению. Эти разработки являются базой для создания принципиально новых технологий, о которых мы сейчас в принципе не догадываемся или таких, которые начинают усиленно развиваться. Примером таковых можно назвать создание чувствительных протезов конечностей, которые могут полностью восстановить функционал потерянной конечности.

По оценкам экспертов, помимо решения «серьезных» задач разработки нейробиологов скоро могут быть использованы в развлекательных целях, например, в индустрии компьютерных игр, чтобы сделать их еще более реалистичными для игрока, при создании специальных спортивных экзоскелетов, а также в военной промышленности.

Тем для изучения в нейробиологии, несмотря на множество исследований в этой области и повышенный интерес со стороны научного сообщества, меньше не становится. Поэтому еще нескольким поколениям ученых предстоит разгадывать загадки, которые таит в себе человеческий мозг и нервная система.

Нейробиолог – это ученый, который работает в одной из областей нейробиологии. Он может заниматься фундаментальной наукой, то есть проводить исследования, наблюдения и эксперименты, формируя новые теоретические подходы, находя новые общие закономерности, которые могут объяснить происхождение частных случаев. В этом случае ученый интересуется общими вопросами о строении мозга, особенностях взаимодействия нейронов, изучает причины возникновения неврологических заболеваний и т.д.

С другой стороны ученый может посвятить себя практике, решая, как применить известные фундаментальные знания для решения конкретных задач, например, при лечении заболеваний, связанных с нарушениями работы нервной системы.

Ежедневно специалисты сталкиваются с решением следующих вопросов:

1. как работает мозг и нейронные сети на разных уровнях взаимодействия, от клеточного до системного уровней;

2. как можно достоверно измерить реакции мозга;

3. какие связи, функциональные, анатомические и генетические, можно проследить в работе нейронов на разных уровнях взаимодействия;

4. какие из показателей работы мозга можно считать диагностическими или прогностическими в медицине;

5. какие лекарственные средства надо разрабатывать для лечения и протекции патологических состояний и нейродегенеративных заболеваний нервной системы.

Анатолий Бучин

Где учился: физико-механический факультет Политехнического университета, Высшая нормальная школа в Париже. На данный момент - постдок в Вашингтонском университете.

Что изучает: вычислительную нейробиологию

Особые приметы: играет на саксофоне и флейте, занимается йогой, много путешествует

Интерес к науке возник у меня в детстве: я увлекался насекомыми, собирал их, изучал их образ жизни и биологию. Мама заметила это и привела меня в Лабораторию экологии морского бентоса (ЛЭМБ) (бентос - совокупность организмов, обитающих на грунте и в грунте дна водоемов. - Прим. ред. ) при Санкт-Петербургском городском Дворце творчества юных. Каждое лето, с 6-го по 11-й класс, мы уезжали в экспедиции на Белое море в Кандалакшский заповедник - наблюдать за беспозвоночными животными и измерять их численность. Параллельно я участвовал в биологических олимпиадах для школьников и в качестве научных исследований представлял результаты работы в экспедициях. В старших классах меня заинтересовало программирование, но заниматься исключительно этим было не слишком интересно. Мне неплохо давалась физика, и я решил найти специализацию, которая объединяла бы физику и биологию. Так я оказался в Политехе.

Первый раз во Францию я попал после бакалавриата, когда выиграл стипендию для обучения на магистерской программе в университете Рене Декарта в Париже. Я много стажировался в лабораториях, научился записывать активность нейронов в срезах мозга и анализировать ответы нервных клеток в зрительной коре кошки во время предъявления визуального стимула. Получив степень магистра, я вернулся в Петербург, чтобы завершить свое обучение в Политехе. На последнем курсе магистратуры мы с моим руководителем подготовили российско-французский проект для написания диссертации, и я выиграл финансирование, приняв участие в конкурсе Высшей нормальной школы. Последние четыре года я работал под двойным научным руководством - Бориса Гуткина в Париже и Антона Чижова в Санкт-Петербурге. Незадолго до окончания работы над диссертацией я съездил на конференцию в Чикаго и узнал о позиции постдока в Вашингтонском университете. После собеседования я решил ближайшие два-три года работать именно здесь: мне понравился проект, а с моим новым руководителем Эдриенн Фэйрхолл у нас оказались схожие научные интересы.

О вычислительной нейробиологии

Объектом исследования вычислительной нейробиологии является нервная система, а также самая интересная ее часть - головной мозг. Чтобы объяснить, при чем здесь математическое моделирование, нужно немного рассказать об истории этой молодой науки. В конце 80-х в журнале Science вышла статья, в которой впервые заговорили о вычислительной нейробиологии - новой междисциплинарной области нейронауки, которая занимается описанием информационных и динамических процессов в нервной системе.

Во многом фундамент этой науки заложили еще биофизик Алан Ходжкин и нейрофизиолог Эндрю Хаксли (брат Олдоса Хаксли. - Прим. ред. ). Они изучали механизмы генерации и передачи нервных импульсов в нейронах, выбрав в качестве модельного организма кальмаров. В то время микроскопам и электродам было далеко до современных, а у кальмаров настолько толстые аксоны (отростки, по которым распространяется нервный импульс), что они были видны даже невооруженным глазом. Это помогло аксонам кальмара стать удобной экспериментальной моделью. Открытие Ходжкина и Хаксли заключалось в том, что они объяснили с помощью эксперимента и математической модели, что генерация нервного импульса осуществляется за счет изменения концентрации ионов натрия и калия, проходящих через мембраны нейронов. Впоследствии оказалось, что этот механизм универсален для нейронов многих животных, включая человека. Звучит необычно, но, изучая кальмара, ученые смогли узнать, как нейроны передают информацию у человека. За свое открытие в 1963 году Ходжкин и Хаксли получили Нобелевскую премию.

Задача вычислительной нейробиологии - систематизация огромного количества биологических данных об информационных и динамических процессах, происходящих в нервной системе. С развитием новых методов регистрации нервной активности количество данных о работе мозга растет с каждым днем. Объем книги нобелевского лауреата Эрика Кандела «Principles of Neural Science», в которой изложены базовые сведения о работе мозга, увеличивается с каждым новым тиражом: начиналась книга с 470 страниц, а сейчас ее размер - более 1 700 страниц. Для того чтобы систематизировать такой огромный набор фактов, и нужны теории.

Об эпилепсии

Эпилепсией болеет порядка 1% населения Земли - это 50–60 миллионов человек. Один из радикальных методов лечения - удаление участка мозга, в котором зарождается приступ. Но здесь не все так просто. Примерно в половине случаев эпилепсия у взрослых людей развивается в височной доле мозга, связанной с гиппокампом. Эта структура отвечает за формирование новых воспоминаний. Если у человека вырезать два гиппокампа с обеих сторон мозга, он потеряет способность запоминать новое. Получится такой непрерывный день сурка, поскольку человек будет способен запомнить что-либо только на 10 минут. Суть моих исследований заключалась в том, чтобы предсказать не такие радикальные, но другие возможные и эффективные способы борьбы с эпилепсией. В диссертации я пытался понять, как начинается эпилептический приступ.

Чтобы разобраться, что происходит с мозгом во время приступа, представьте, что вы пришли на концерт и в какой-то момент зал взорвался аплодисментами. Вы хлопаете в своем ритме, а люди вокруг вас - в другом. Если достаточно большое количество людей начинают хлопать одинаково, вам сложно будет продолжать следовать своему ритму и вы, скорее всего, начнете хлопать вместе со всеми. Схожим образом работает эпилепсия, когда нейроны головного мозга начинают сильно синхронизироваться, то есть генерировать импульсы в одно и то же время. Такой процесс синхронизации может вовлекать целые области мозга - в том числе те, что контролируют движение, и тогда возникает припадок. Хотя большая часть приступов характеризуется отсутствием припадков, потому что эпилепсия не всегда возникает в моторных областях.

Допустим, два нейрона связаны между собой возбуждающими связями в обе стороны. Один нейрон пересылает импульс другому, что возбуждает его, и тот пересылает импульс обратно. Если возбуждающие связи слишком сильные, это приведет к увеличению активности за счет обмена импульсами. В норме этого не происходит, поскольку существуют тормозящие нейроны, которые уменьшают активность слишком активных клеток. Но если торможение перестает нормально работать, это может привести к эпилепсии. Зачастую это связано с излишним накоплением хлора в нейронах. В своей работе я разрабатывал математическую модель сети нейронов, которая может переходить в режим эпилепсии при патологии торможения, связанной с накоплением хлора внутри нейронов. В этом мне помогали записи активности нейронов человеческой ткани, полученной после операций на эпилептических больных. Построенная модель позволяет тестировать гипотезы относительно механизмов эпилепсии, чтобы прояснить детали этой патологии. Оказалось, что восстановление баланса хлора в пирамидных нейронах может помочь остановить эпилептический приступ за счет восстановления баланса возбуждения - торможения в сети нейронов. Мой второй научный руководитель, Антон Чижов в Физико-техническом институте в Петербурге, недавно получил грант российского научного фонда по исследованию эпилепсии, так что это направление исследований будет продолжаться в России.

Сегодня немало интересных работ в области вычислительной нейробиологии. Например, в Швейцарии есть проект Blue Brain Project, цель которого - максимально детально описать небольшой участка мозга - соматосенсорной коры крысы, которая отвечает за выполнение движений. Даже в небольшом мозге крысы - миллиарды нейронов, и все они связаны между собой определенным образом. Например, в области коры один пирамидный нейрон образует связи приблизительно с 10 000 других нейронов. В проекте Blue Brain Project записали активность около 14 000 нервных клеток, охарактеризовали их форму и реконструировали около 8 000 000 связей между ними. Затем с помощью специальных алгоритмов они соединили нейроны вместе биологически правдоподобным образом, чтобы в такой сети могла появиться активность. Модель подтвердила теоретически найденные принципы организации коры - например, баланс между возбуждением и торможением. И сейчас в Европе есть большой проект, который называется Human Brain Project. Он должен описать весь человеческий мозг с учетом всех тех данных, которые имеются на сегодняшний день. Этот международный проект - своего рода Большой адронный коллайдер от нейронауки, поскольку в нем участвует около сотни лабораторий из более чем 20 стран.

Критики Blue Brain Project и Human Brain Project задаются вопросом, насколько важно огромное количество деталей, чтобы описать принципы работы мозга. Для сравнения - насколько важно описание Невского проспекта в Петербурге на карте, где видны только континенты? Тем не менее попытка собрать воедино огромное количество данных, безусловно, важна. В худшем случае, даже если мы до конца не поймем, как работает мозг, построив такую модель, мы сможем использовать ее в медицине. Например, для изучения механизмов различных заболеваний и моделирования действия новых лекарств.

В США мой проект посвящен изучению нервной системы гидры. Несмотря на то что даже в школьных учебниках биологии ее изучают одной из первых, ее нервная система до сих пор плохо исследована. Гидра - родственница медузы, поэтому она такая же прозрачная и обладает сравнительно небольшим числом нейронов - от 2 до 5 тысяч. Поэтому можно одновременно записать активность из практически всех клеток нервной системы. Для этого используется такой инструмент, как «кальциевый имиджинг». Дело в том, что каждый раз, когда нейрон разряжается, у него изменяется концентрация кальция внутри клетки. Если добавить специальную краску, которая начинает светиться при повышении концентрации кальция, то каждый раз при генерации нервного импульса мы будем видеть характерное свечение, по которому можно определить активность нейрона. Это позволяет записывать активность в живом животном во время поведения. Анализ такой активности позволит понять, как нервная система гидры управляет ее движением. Аналогии, полученные в ходе таких исследований, можно будет использовать для описания движения более сложных животных - таких как млекопитающие. А в дальней перспективе - в нейроинжиниринге для создания новых систем контроля нервной активности.

О важности нейронауки для общества

Почему нейронаука так важна для современного общества? Во-первых, это возможность разработки новых методов лечения нейрологических заболеваний. Как можно найти лекарство, если не понимаешь, как оно работает на уровне целого мозга? Мой научный руководитель в Париже Борис Гуткин, который также работает в Высшей школе экономики в Москве, занимается изучением кокаиновой и алкогольной зависимости. Его работа посвящена описанию тех перестроек в системе подкрепления, которые приводят к зависимости. Во-вторых, это новые технологии - в частности, нейропротезирование. Например, человек, который остался без руки, благодаря вживленному в мозг импланту сможет контролировать искусственные конечности. Алексей Осадчий в ВШЭ активно занимается этим направлением в России. В-третьих, в дальней перспективе это выход в IT, а именно в технологии машинного обучения. В-четвертых, это сфера образования. Почему, например, мы считаем, что 45 минут - это самая эффективная продолжительность урока в школе? Возможно, этот вопрос стоит лучше изучить, используя знания когнитивной нейронауки. Так мы сможем лучше понять, как нам эффективнее преподавать в школах, университетах и как эффективнее планировать рабочий день.

О нетворкинге в науке

В науке очень важен вопрос коммуникации между учеными. Для нетворкинга необходимо участие в научных школах и конференциях, чтобы быть в курсе текущего положения дел. Научная школа - это такая большая тусовка: на месяц вы оказываетесь среди других PhD-студентов и постдоков. Во время обучения к вам приезжают известные ученые, которые рассказывают о своей работе. Параллельно вы занимаетесь индивидуальным проектом, и вами руководит кто-то более опытный. Не менее важно поддерживать хорошие отношения со своим руководителем. Если у студента-магистра нет хороших рекомендательных писем, его вряд ли возьмут на стажировку. От стажировки зависит, возьмут ли его для написания диссертации. От результатов диссертации - дальнейшая научная жизнь. На каждом из этих этапов обязательно спрашивают отзыв руководителя, и если человек не слишком хорошо работал, то это довольно быстро станет известно, поэтому важно дорожить своей репутацией.

Если говорить о долгосрочных планах, я планирую пройти несколько постдоков, прежде чем найти постоянную позицию в университете или исследовательской лаборатории. Для этого необходимо достаточное количество публикаций, которые сейчас в процессе. Если все сложится, у меня есть мысли вернуться в Россию через несколько лет, чтобы организовать здесь свою лабораторию или научную группу.

Направление подготовки: —

Биология

Магистерская программа: —

Нейробиология

Квалификация выпускника: —

магистр биологии

Вступительные испытания: —

Биология (собеседование), биология на иностранном языке (собеседование)

Магистратура «Нейробиология» представляет собой уникальную образовательную программу (15 бюджетных и 5 внебюджетных мест), направленную на подготовку кадров высшей квалификации — специалистов, способных к проведению фундаментальных и прикладных исследований в области нейробиологии, например, исследованиях способностей, внимания и восприятия, нейромаркетинга, нейродефектологии, подбора кадров и профориентации, биомедицинских технологий. — Программа разработана в сотрудничестве с ведущими специалистами Института высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН (ИВНД и НФ РАН). —

Срок действия государственной аккредитации: до 25.04.2016 г.

План приема на 2015 год: бюджет — 15 мест, внебюджет.
Стоимость обучения: 201 600 руб. в год.

Теоретическая подготовка в области нейробиологии осуществляется ведущими научными сотрудниками — ИВНД и НФ РАН, кафедры высшей нервной деятельности МГУ им. М.В. Ломоносова, Отдела исследований мозга ФГБУ «Научного центра неврологии» РАМН (ФГБУ «НЦН» РАМН). Обучение практическим навыкам и инструментальным методикам будет проводиться на базе Института нейронаук и когнитивных исследований МГГУ им. М.А. Шолохова (ИНИКИ), а также в лабораториях ИВНД и НФ РАН, ФГБУ «НЦН» РАМН, НИИ нейрохирургии им. Бурденко и других ведущих научных центрах. —

Образовательная программа «Нейробиология» тесно связана с двумя другими магистратурами МГГУ им. М.А. Шолохова: магистратура «Инструментальная психодиагностика» — (руководитель проф., д.псих.н. Огнев А.С.), посвященная инструментальным методам диагностики и оценке достоверности информации, и магистратура «Нейродефектология» (проф., д.пед.н. Орлова О.С.), посвященная особенностям — обучения детей с ограниченными возможностей здоровья.

Три причины поступить в магистратуру «Нейробиология» МГГУ им. М.А. Шолохова:

• Сочетание фундаментальной теоретической подготовки по нейробиологии и прикладных навыков, владение передовыми инструментальными биохимическими, молекулярно-генетическими и психофизиологическими методами.
• С самого начала обучения студенты принимают участие в — исследовательских проектах в таких областях, как психодиагностика, менеджмент, управление кадрами, обеспечение безопасности и нейромаркетинг. Возможно — участие в зарубежных стажировках, в грантах РНФ, РФФИ и РГНФ, а также в федеральных целевых программах Минобрнауки РФ. Все исследования выполняются в лабораториях, отлично — оснащенных высокотехнологичным оборудованием (52-канальные электроэнцефалографы, полиграфы Axcititon , айтрекер SMI ).
• Наша магистратура дает все возможности студентам заработать себе за два года отличный послужной список: сформировать себе портфолио, стать соавторами в научных статьях в российских и международных высокорейтинговых журналах, принять участие в грантах и международных конференциях.

—

—

НАУЧНАЯ БАЗА МАГИСТРАТУРЫ —

В ходе обучения и при подготовке магистерских диссертаций все учащиеся магистратуры «Нейробиология» будут принимать участие в научно-исследовательских проектах Института нейронаук и когнитивных исследований МГГУ им. М.А. Шолохова (ИНКИ). Институт включает в себя четыре лаборатории (лаборатория социогеномики, лаборатория нейробиологии внимания и восприятия, лаборатория нейродефектологии и лаборатория оценки достоверности информации) и оснащен современным высокотехнологичным оборудованием (айтрекер SMI, 52-канальные энцефалографы, полиграфы Axciton, комплекс для биохимических и молекулярно-генетических исследований).

Подробно со структурой ИНКИ и направлениями наших исследований можно ознакомиться на веб-сейте института: —

—

— Мастер-классы, встречи

· — — — — — — Балабан Павел Милославович, проф., д.б.н., чл.-корр. РАН, директор ИВНД и НФ РАН. «Нейроэтология и биологические основы поведения»

· — — — — — — Зорина Зоя Александровна, проф., д.б.н., выдающийся российский этолог, заведующая лабораторией физиологии и генетики поведения Кафедры ВНД биологического факультета МГУ, член бюро рабочей группы по изучению врановых птиц. «Поведение и высшие психические функции как результат эволюции»

· — — — — — — Строганова Татьяна Александровна, проф., д.б.н., ведущий российский психофизиолог, руководитель единственного в России центра магнитоэнцефалографии при МГППУ. «Нейробиологические основы аутизма»

—

ВЫПУСКНИК —

Диплом: -магистр биологии, магистерская программа «Нейробиология»

Сертификаты: Специалист по количественным методам анализа ЭЭГ- специалист по оценке информационного контента с помощью айтрекера- специалист — по нейромаркетингу

— —

Компетенции выпускника —

· — — — — — — Понимание биологических основ высших психических функций, индивидуальных характеристик и способностей человека

· — — — — — — Знакомство с широким кругом методов нейрокогнитивных исследований (электроэнцефалография, трекинг глаз, биохимические, генетические, молекулярно-биологические, нейропсихологические и психометрические методы)

· — — — — — — Практическое владение совокупностью инструментальных методов в выбранной области специализации

· — — — — — — Навыки составления аналитических обзоров, планирования и организации экспериментально-психологических и нейробиологических исследований, подготовки заявок на гранты в области нейробиологии

—

НАШИ ПАРТНЕРЫ —

· — — — — — — ИВНД и НФ РАН

· — — — — — — МГУ им. М.В. Ломоносова (кафедра ВНД, кафедра психофизиологии, кафедра эволюционной биологии)

· — — — — — — ФГБУ «Научный центр неврологии»

· — — — — — — Московский НИИ психиатрии

· — — — — — — НИИ нейрохирургии им. Бурденко

· — — — — — — Центр патологии речи и нейрореабилитации

· — — — — — — ФГУ НКЦО (Научно-клинический центр отоларингологии)

· — — — — — — Российская парфюмерно-косметическая ассоциация

· — — — — — — Университет им. Гумбольдта, (Берлин, Германия)

· — — — — — — Университет Ноттингема (Великобритания)

· — — — — — — Университет Unibe (Коста-Рика)

· — — — — — — Немецкий исследовательский центр по искусственному интеллекту DFKI, Германия — —
К.б.н., зав. кафедры когнитивной нейробиологии, научный руководитель Института нейронаук и когнитивных исследований МГГУ им. М.А. Шолохова.

—

· — — — — — — +7 965 351 4469

· — — — — — — [email protected]

Контактная информация:

• Варламов Антон Алексеевич
• +7 965 351 4469
• [email protected]