Разгадать «вторую вселенную»

Лаборатория трансляционных исследований мозга, созданная на базе Института «Международный томографический центр» СО РАН, занимается, как следует из ее названия, одним из важнейших, самых сложных и загадочных органов. Заболевания мозга — сейчас настоящий вызов человеческому роду. Эта проблема сплотила специалистов из разных институтов Сибири, интересующихся вопросами строения и работы головного мозга, а также проблемами возникновения, течения и прогноза его болезней. Несмотря на развитие науки и технологий, многие механизмы функционирования физической оболочки нашего сознания до конца пока не ясны.

— Сейчас лучшие умы мира сконцентрированы на подобных задачах. Потому что поняв, как работает головной мозг, можно будет внедрить новые технологии диагностики и лечения не только этого, но и других органов, — рассказывает научный руководитель МТЦ СО РАН, заведующий лабораторией трансляционных исследований мозга академик Ренад Сагдеев (ФЕН-65). — Направление neuroscience в настоящее время имеет приоритет в мире. Один из актуальнейших аспектов так называемый brain-computer interface (интерфейс «мозг-компьютер») — создание устройств для парализованных людей, которые смогут управлять, например, протезами с помощью силы мысли. Такие технологии не фантастика, а уже реальность. Подобные изыскания активно развиваются за рубежом: ENIGMA в США — крупнейший мировой консорциум по изучению мозга, а также Human Brain Project в Швейцарии, который СМИ уже окрестили «Большим адронным коллайдером от нейрофизиологии». Новосибирские ученые присоединились к направлению «мегапроектов человечества» и вот уже полтора года активно изучают интересующие их аспекты нейронауки. — Наша команда имеет свою инфраструктуру, и нам по плечу решение крупных задач! — отмечает Ренад Зиннурович.

Ренад Сагдеев

Лаборатория трансляционных исследований мозга создана в 2014 году для реализации проекта-победителя конкурса на получение грантов по приоритетному направлению деятельности РНФ «Мозг и нейронауки» – «Исследование возникновения, течения и прогноза заболеваний головного мозга методами нейробиологии и нейровизуализации». В объединение входят около 40 человек — сотрудники МТЦ СО РАН, Новосибирского государственного университета, Института цитологии и генетики СО РАН, Института гидродинамики им. М.А. Лаврентьева СО РАН и Федерального центра нейрохирургии Минздрава РФ.

В рамках проекта проводятся как фундаментальные теоретические, так и клинические исследования. Например, одно из направлений включает в себя изучение церебрального кровотока и ликвородинамики (ликвор — цереброспинальная или спинномозговая жидкость, СМЖ – биологическая жидкость, необходимая для функционирования ЦНС. Одной из перспективных областей приложения методов лучевой диагностики является оценка ее движения) в условиях нормы и при различных заболеваниях, лабораторные эксперименты на моделях нейропатологий человека, развитие новейших методов лучевой диагностики, молекулярной и клеточной томографии и спектроскопии и многое другое. Так, сибирские исследователи с момента создания лаборатории существенно продвинулись в изучении мозга технологиями магнитно-резонансной томографии (это методы, благодаря которым о состоянии центральной нервной системы теперь известно больше, чем за всю предыдущую историю ее изучения).

Андрей Тулупов

— В плане МРТ-диагностики мы стараемся уйти от анатомии. Нас больше интересует функционирование центральной нервной системы: как мозг работает, думает, как по нему течет кровь, куда она приносит больше кислорода, а куда — меньше, и как при этом срабатывает та или иная группа нейронов, — рассказал главный научный сотрудник лаборатории трансляционных исследований мозга доктор медицинских наук, профессор РАН Андрей Тулупов (ФЕН-2004).

 — У магнитно-резонансной томографии помимо фундаментальных медицинских есть даже некоторые «полуигровые» приложения: она позволяет, допустим, отличить оптимистов от пессимистов, лидеров от подчиненных по детальным снимкам структуры мозга. Также МРТ, как метод функциональной визуализации, открывает возможности изучения влияния на человека разных факторов, приводящих, например, к депрессии, и позволяет видеть, как ведет себя кровь в отдельных участках коры головного мозга, когда мы грустим, веселимся и тому подобное, — добавил академик Сагдеев.

Главной особенностью своего проекта ученые считают междисциплинарность — на пересечении наук удается найти доселе немыслимые точки развития. Например, медики и математики положили начало абсолютно новым аспектам изучения головного мозга, занявшись исследованием гемодинамики (движение крови по сосудам) методами математического моделирования.

— Чем хороши такие технологии? Пациенту не нужно долго лежать в томографе, испытывая дискомфорт. Для имитации у нас есть специальный насос, приводящий в движение электронное «сердце». Оно начинает биться, выталкивая по трубочкам жидкость. К этим трубочкам подключаются полноценные модели сосудов, по которым течет моделируемая «кровь» (очень близкая по характеристикам к настоящей). Эти процессы отслеживаются МРТ, и томограф выдает результаты не только в виде красивой картинки, но и количественных значений скорости потока крови, — объяснил профессор Тулупов.

В данном направлении ученые уже достигли результатов — им удалось показать, каким образом идут завихрения тока крови в области бифуркации сонной артерии.

Александр Чупахин

— Сонная артерия проходит в районе шеи, раздваиваясь на внутреннюю и наружную. В месте «деления» чаще всего образуются атеросклеротические бляшки. Почему это происходит именно там? До сих пор до конца не ясно! С помощью методов математического моделирования, реализуемых группой под моим руководством в Институте гидродинамики им. М.А. Лаврентьева СО РАН, и экспериментов на лабораторных животных в виварии ИЦИГ СО РАН, выполненных под началом доктора биологических наук, профессора Михаила Павловича Мошкина, были установлены особенности движения и скорости крови. Мы выяснили, что в области бифуркации происходят гидродинамические аномалии, которые способствуют возникновению атеросклероза, — отметил доктор физико-математических наук, профессор Александр Павлович Чупахин (ММФ-78).

Важный аспект комплексного изыскания — перенос полученных теоретических знаний в рутинную практику врачей: по окончании гранта ученые планируют разработать рекомендации, как для консервативного лечения, так и для нейрохирургических операций, на основе полученных фундаментальных выводов.

— Наша основная цель кроется в названии самой лаборатории. «Трансляция» — перенос знаний, полученных наукой, на уровень нейровизуализации и дальше — на уровень неврологии и нейрохирургии — в клиническую практику, — объясняет Андрей Тулупов. — Фундаментальными аспектами непосредственно занимается группа ученых МТЦ СО РАН под руководством доктора химических наук, профессора Игоря Валентиновича Коптюга (ФФ-85). Его «епархия» — исследование принципиально новых контрастных препаратов для МРТ, позволяющих добиться наилучшей визуализации различной патологии.

Ученые уже предоставили некоторые наработки в области лучевой диагностики новосибирскому Федеральному центру нейрохирургии Минздрава РФ.

— Полученные нами данные позволяют развивать принципиально новые направления диагностики и лечения пациентов с патологиями центральной и периферической нервной системы, сосудистыми заболеваниями мозга и многое другое, — отмечает академик Ренад Сагдеев. — Весь проект направлен на то, чтобы разные группы ученых сумели выйти на единый вектор.

Немаловажной считают исследователи роль университета в проекте. Академик Сагдеев рассказывает:

— Исключительно ценно участие медицинского факультета НГУ, которым руководит доктор медицинских наук, профессор Андрей Георгиевич Покровский. Студенты могут посещать различные школы молодых ученых по современным направлениям нейробиологии и нейровизуализации. Также мы стараемся для развития образовательной составляющей нашей программы проводить различные конференции, такие как недавно прошедшая в новосибирском Технопарке. Благодаря подобным мероприятиям мы привлекаем студентов и аспирантов к нам в лабораторию, где они работают на уникальном оборудовании (например, в виварии ИЦиГ СО РАН есть редкий томограф для животных).

Кроме того, отмечают исследователи, такого приборного парка современнейших томографов, как в МТЦ СО РАН, нет нигде в стране.

— Несмотря на экономическую ситуацию, организационные трудности, нам удалось получить новый мощный томограф — 3 Тесла, который очень важен для работы всей программы: он обладает уникальными возможностями для изучения интересующих нас процессов. Летом мы его запустим, и это откроет новые горизонты в изучении мозга, — добавляет академик Сагдеев. — Перед нами стоит очень важный вопрос: что останется по окончании гранта? Я уверен, как минимум научные связи, которые установились в процессе работы лаборатории, никуда не денутся, и общение продолжится на неформальном уровне. Также останутся учебники, пособия, написанные нашими сотрудниками и большое число публикаций в высокорейтинговых научных журналах, — считает академик Сагдеев. — Я надеюсь, в результате трехлетнего цикла исследований мы, что называется, «дадим по мозгам»!

Также исследователи имеют возможность продлить действие гранта РНФ, доказав эффективность своей программы.

— Я уверен, что мы в любом формате продолжим изыскания, — заключает академик Ренад Зиннурович Сагдеев.

Источник: http://www.sbras.info/articles/science/razgadat-vtoruyu-vselennuyu