Технологические разработки для исследований и медицины
Клинические нейротехнологии сохранения когнитивных функций
Социально значимые нейрокогнитивные технологии
Программа фундаментальных исследований НИУ ВШЭ
Проекты молодых учёных 2024 года
Первый центр ассистивных технологий и дополненного интеллекта: c людьми и для людей
Разрабатываем 3Н-технологии — нейродиагностики, нейроадаптации, нейрореабилитациии — и инструменты, позволяющие снизить число нейрогенных и психических заболеваний или облегчить их последствия
Проект в цифрах
-
9+
Проектов
-
9+
Подразделений НИУ ВШЭ
-
14+
Партнеров
-
76+
Участников
Магнитоэнцефалография нового поколения на основе магнитометров с оптической накачкой (МОН МЭГ)
Цель
Разработка аппаратных и программных компонент технологии магнитоэнцефалографии на основе сенсоров с оптической накачкой (МОН МЭГ)
Задачи
• Сборка прототипа сенсора ненулевого поля в соответствии с однолучевой схемой, разработанной в сотрудничестве лабораторией квантовой магнитометрии ФТИ
им. А.Ф. Иоффе
• Сборка блока оптической накачки на территории Нейро-гаража в помещении по адресу Старая Басманная, 21, оборудованном магнитоэкранирующей камерой
• Разработка системы колец Гельмгольца со статическим возбуждением и оборудование магнитоэкранирующей камеры системой таких колец
• Разработка ПО для управления прототипом сенсора и регистрации измеряемых сигналов
• Демонстрация работоспособности сенсора в установке при регистрации переменного магнитного поля на частоте 10 Гц напряженностью 10 пТ с.к.о., генерируемого тестовой катушкой
• Разработка системы колец Гельмгольца с динамическим адаптивным возбуждением вкупе с необходимым программным обеспечением и оборудование магнитоэкранирующей камеры такой системой
• Демонстрация работоспособности сенсора в установке при регистрации альфа-ритма человека
• Разработка парадигмы предъявления зрительных стимулов и программных скриптов для обработки регистрируемых измерений активности мозга
• Демонстрация работоспособности разработанного сенсора в составе МОН МЭГ для регистрации вызванных зрительных потенциалов
Результаты
• Создание экспериментальной установки на основе прототипа отечественного сверхвысокочувствительного магнитометра, способного функционировать в магнитном поле Земли
Руководитель проекта
Осадчий Алексей Евгеньевич, директор Центра биоэлектрических интерфейсов Института когнитивных нейронаук
Срок выполнения
• 2023–2025 годы
Нейрокогнитивные технологии оптимизации городских пространств
Цель
Исследование восприятия жилой среды с помощью когнитивных методов и прояснение связи характеристик городской среды с состоянием когнитивных функций, что позволит объективно оценить влияние среды на человека и создать подход к объективной оценке качества (картирования) жилой среды в контексте ее влияния на когнитивное благополучие
Задачи
• Исследовать восприятия жилой среды с разной степенью озеленения и протекторной функции
• Предложить обоснованный набор параметров среды, влияющих на когнитивные функций населения
• Проанализировать когнитивные функции населения (в первую очередь школьников) используя доступные источники данных
• Выявить (протекторные) особенности среды, связанные (или не связанные) с различиями в функциональном уровне когнитивных функций населения
• Предложить подход и алгоритм к созданию метрики уровня протекторного (когнитивного) потенциала жилой среды
• Предложить подход и алгоритм к картированию уровня протекторного (когнитивного) потенциала городской среды в РФ
Результаты
• Разработана новая экспериментальная парадигма и создана база эмпирических ЭЭГ данных восприятия городских пространств
• Проведено измерение сходства активности мозга у группы людей при восприятии разных типов городской среды
Руководитель проекта
Ключарёв Василий Андреевич, ведущий научный сотрудник Международной лаборатории социальной нейробиологии Института когнитивных нейронаук
Срок выполнения
• 2023–2025 годы
Цифровые инструменты для коррекции и оценки речевых и психических расстройств
Цель
Разработка новых и оптимизация уже существующих цифровых инструментов и протоколов для коррекции и оценки речевых и психических расстройств
Задачи
• Провести клиническую апробацию ПО для коррекции речевых расстройств на лексическом уровне
• Собрать и проанализировать нормативные и клинические данные по протоколу для коррекции аномии (называние объектов) в системе нейроинтерфейса
• Испытать лингвистические протоколы для пассивного картирования речи во время краниотомий в сознании в клинических условиях
• Разработать цифровой инструмент (мобильное приложение, ПО) для диагностики дислексии у взрослых
Результаты
• Программное обеспечение — цифровой инструмент, позволяющий проводить терапию нарушений речи (аномию) максимально стандартизированным способом, с автоматизированной обработкой результатов
• Регистрация РИД
• Протокол для коррекции аномии в системе нейроинтерфейса и протокол для пассивного картирования речи во время краниотомий в сознании
Руководитель проекта
Драгой Ольга Викторовна, главный научный сотрудник Центра языка и мозга
Срок выполнения
• 2023–2025 годы
Технологии неинвазивной стимуляции головного мозга для восстановления и улучшения речевой функции: применение неинвазивной стимуляции мозга в группе людей с постинсультной афазией
Цель
Исследование влияния различных типов неинвазивной стимуляции головного мозга на речевое функционирование в нормотипичной популяции и применение полученных результатов в разработке реабилитационных программ для восстановления речи после инсульта
Задачи
• Исследовать потенциал применения транскраниальной магнитной стимуляции (ТМС), транскраниальной стимуляции постоянным током (ТСПоТ) и транскраниальной стимуляции переменным током (ТСПеТ) для модуляции речевой функции в группе неврологически здоровых испытуемых
• Исследовать влияние ТМС изолированно и в сочетании с речевой терапией на восстановление речи после инсульта
• Выявить факторы, которые влияют на успешность применения трех типов неинвазивной стимуляции мозга в группе нормотипичных носителей русского языка и в группе людей с афазией
Результаты
• Протокол применения ТМС в сочетании с речевой терапией доработан и апробирован в группе людей, перенесших инсульт и имеющих речевые нарушения; подготовлены рекомендации по его внедрению в клиническую рутину
• Разработан и апробирован протокол применения ТСПоТ в сочетании с интенсивной речевой терапией для людей с аграмматизмом
• Проведены исследования влияния ТСПеТ на различные аспекты речевой функции в группе нормотипичных носителей русского языка
Руководитель проекта
Буйволова Ольга Витальевна, научный сотрудник Центра языка и мозга
Срок выполнения
• 2023–2025 годы
Поймай бота: семантические пространства дополненного ума
Цель
Создание эффективной системы обнаружения текстов, написанных ботами, в широком классе ботов для различных языков
Задачи
• Сбор и обработка первичной языковой информации в как можно более широком кругу языков. При этом мы ориентируемся на корпусы национальных литератур, в случае отсутствия таковых (для малых языков) на Википедию. Здесь предполагаем сотрудничество со студенческим клубом «Палата национальностей НИУ ВШЭ» а также со студентами НИУ ВШЭ, являющимися носителями различных языков (языки Африки, Азии, латинской Америки), принадлежащим различным языковым семьям
• Обработка указанной языковой информации с целью получения векторных представления всех слов в языке для тех языков, где такого рода словари отсутствуют
• Проверка статистических гипотез, позволяющих отличить тексты, сгенерированные ботами, от текстов, написанных людьми. С этой целью предполагается использовать алгоритмы из теории кластеризации, теории сложных систем и анализа формальных понятий
• Создание прототипа комплекса программ, позволяющих отличать тексты ботов от текстов людей в широком круге ботов (LSTM, GPT-2, mGPT и др.) для русского и английского языков
• Тестирование прототипа комплекса программ на различных языках и ботах
• Расширение набора языков, с которыми осуществляется работа прототипа
• Расширение полученных технологий на смежные задачи вычислительной когнитологии: задачу оценки качества перевода, задачу выделения стилей
Результаты
• Прототип программы классификации текстов по происхождению, работающий для русского и английского языков
Руководитель проекта
Громов Василий Александрович, профессор департамента анализа данных и искусственного интеллекта факультета компьютерных наук
Срок выполнения
• 2023–2025 годы
Создание когнитивно мотивированных ИИ-технологий противодействия недостоверной и поляризующей информации
Цель
Разработка методов противодействия поляризующему онлайн-контенту, в том числе на основе ИИ
Задачи
• Проанализировать ЭЭГ данные в состоянии покоя и самоотчетные данные об уровне тревожности участников с целью выявления корреляций между поведенческими и нейрофизиологическими данными
• Разработать интерфейс для широкого круга экспериментов по восприятию текстов
• Выдвинуть гипотезы относительно связи между эмоциями, возникающими при чтении поляризующего контента в сфере межэтнических отношений, и намерениями участвовать в создании ответного поляризующего контента и о влиянии применения методик совладания с такими эмоциями на такие намерения
• Апробировать дизайн исследования, проверяющего такие гипотезы, на пилотной выборке участников с записью ЭЭГ в состоянии покоя и применением различных методик эмоциональной регуляции
• Разработать нейросетевой алгоритм автоматического распознавания ряда типов отношений, выражаемых в этнорелевантных пользовательских текстах, включая их негативный полюс
Результаты
• Разработана русскоязычная шкала генерализованной тревожности, валидированная на поведенческом и нейрофизиолгическом уровне
• Разработан обученный нейросетевой алгоритм классификации пользовательских текстов на классы отношения к этническим группам по шкале «низший-высший»
• Разработано программное обеспечение с пользовательским интерфейсом для проведения компьютерно-опосредованных экспериментов по восприятию текстовой информации и дезинформации
Руководитель проекта
Кольцова Елена Юрьевна, заведующий лабораторией социальной и когнитивной информатики НИУ ВШЭ в Санкт-Петербурге
Срок выполнения
• 2023 год
Прогнозирование и модуляция экономического поведения с использованием технологий мультимодального нейрокартирования
Цель
Выявление мозговых механизмов принятия решений потребителем в различных контекстах. Разработка нейроинформированных подходов к прогнозированию и модуляции экономического поведения с использованием технологий мультимодального нейрокартирования
Задачи
• Изучение мозговых механизмов индивидуальных и групповых предпочтений продуктов, содержащих сахар
• Изучение механизмов эффективного влияния на готовность платить (WTP) за продукты питания с разным содержанием сахара
• Разработка инструментальных подходов к анализу готовности платить за продукты с разным содержанием сахара: ISC and MVPA подходы к анализу мозговых откликов в ответ на прослушивание экспертных сообщений о пользе или вреде сахаросодержащих продуктов
Результаты
• Исследованы мозговые механизмы индивидуальных и групповых предпочтений продуктов, содержащих сахар
• Исследованы механизмы эффективного влияния на готовность платить (WTP) за продукты питания с разным содержанием сахара
• Разработаны инструментальные подходы к анализу готовности к продуктам с разным содержанием сахара: ISC and MVPA подходы к анализу мозговых откликов в ответ на прослушивание экспертных сообщений о пользе или вреде сахаросодержащих продуктов
Руководитель проекта
Шестакова Анна Николаевна, директор Института когнитивных нейронаук
Срок выполнения
• 2023–2025 годы
ИИ-система диагностики слуха
Цель
Разработка системы диагностики слуха и синтаксического восприятия речи на основе нейроморфных вычислительных моделей. Клинический протокол речевой терапии с нейростимуляцией — для реабилитации речи у пациентов после инсульта
Задачи
• Разработка новой парадигмы регистрации электрофизиологической активности слуховой коры человека во время тестов на восприятие речевых стимулов. Создание экспериментальный установки для высокосинхронизированной записи электрической активности слуховой коры и аудио потока речевых стимулов. Разработка методов выделения ритмической активности
• Проведение пилотного эксперимента с 2-3 здоровыми испытуемыми
• Сопоставление результатов пилотного эксперимента с редуцированной нейроморфной моделью декодирования речевых сигналов, которое осуществляется посредством кроссчастного взаимодействия макроскопических ритмов мозга в тета- и гамма- диапазонах. Предварительная проверка гипотезы об иерархической обработке речевых стимулов посредством кроссчастотного взаимодействия макроскопических ритмов мозга
Результат
• Созданы экспериментальная установка для высокосинхронизированной записи электрической активности слуховой коры и аудио потока речевых стимулов и новая парадигма регистрации электрофизиологической активности слуховой коры человека во время тестов на восприятие речевых стимулов
• Проведен поиск корреляции ритмической активности в разных частотных диапазонах с синтаксической ритмикой речи (слоги, фонемы)
Руководитель проекта
Захаров Денис Геннадьевич, ведущий научный сотрудник Центра нейроэкономики и когнитивных исследований Института когнитивных нейронаук
Срок выполнения
• 2023 год
Изучение нейробиологических и поведенческих основ научения и интеллекта, мультилингвизма и когнитивного резерва
Цель
Выявление фундаментальных закономерностей влияния двуязычного опыта на общие когнитивные процессы внимания и когнитивного контроля и нейрокогнитивный резерв.
Разработка эффективных стратегий и технологий когнитивного и речевого научения в их связи с би- и мультилингвизмом
Задачи
• Анализ актуальных исследований в области влияния билингвизма на когнитивный резерв
• Анализ актуальных исследований в области когнитивных стратегий запоминания иноязычных лексических единиц и распознавания грамматических конструкций
• Разработка парадигм исследований с использованием методов нейрокартирования и окулографии
• Апробация стимульного материала для эмпирических исследований
Результаты
• Подготовлен теоретический обзор, посвященный проблеме влияния двуязычного опыта на когнитивные процессы внимания и когнитивного контроля и/или нейрокогнитивный резерв
• Разработаны парадигмы исследований с использованием методов нейрокартирования и окулографии
• Проведена апробация стимульного материала
Руководитель проекта
Штыров Юрий Юрьевич, ведущий научный сотрудник Центра нейроэкономики и когнитивных исследований Института когнитивных нейронаук
Срок выполнения
• 2023–2025 годы
Изучение механизмов распределения внимания при обучении чтению нотного письма
Цель
Изучение процесса формирования навыка чтения нотного письма в зависимости от индивидуального музыкального опыта
Задачи
• Определить, на какие элементы нотного письма опираются в первую очередь учащиеся музыкальных школ в зависимости от продолжительности их обучения
• Изучить время реакции и точность выполнения заданий, связанных с восприятием нотного письма, в зависимости от продолжительности музыкального обучения и уровня развития музыкального слуха (способности различать близкие частоты)
• Разработать и валидировать методику для оценки и тренировки навыков чтения нотного письма
Результаты
• Разработана и валидирована методика для оценки и тренировки навыков чтения нотного письма
• На основании эмпирических данных описан процесс нормального обучения нотной грамоте, определены его ключевые этапы
Руководитель проекта
Куликова Софья Петровна, старший научный сотрудник Центра когнитивных нейронаук НИУ ВШЭ в Перми
Срок выполнения
• 2023–2025 годы
Создание Лаборатории прикладных нейротехнологий
Цель
Создание объединенного структурного подразделения, обладающего инженерными, математическими, нейрокогнитивными и медицинскими компетенциями, для проведения научных и прикладных исследований в области нейротехнологий
Задача
• Разработка электронного интерактивного атласа проводящих путей головного мозга человека — образовательного сервиса для врачей и нейроученых
Результаты
• Электронный атлас проводящих путей головного мозга человека — вебсервис, содержащий структурированные 3D модели проводящих путей головного мозга, построенные по результатам ex-vivo диссекций кадаверных препаратов
Руководитель проекта
Аксенов Сергей Алексеевич, заместитель директора по научной работе МИЭМ им. А.Н. Тихонова
Срок выполнения
• 2024–2025 годы
Мультидисциплинарное исследование мозга человека: поведенческие, психофизиологические и математические подходы к когнитивным функциям
Цель
Создание теоретических, алгоритмических и экспериментальных основ для разработки новых технологий нейропрогнозирования, нейрореабилитации, нейромодуляции, нейрообразования и поддержки когнитивных способностей в условиях современных условий жизни человека и современной информационной среды
Задача
• Проведение исследований, использующих поведенческие, психофизиологические и математические методы для получения выводов о функционировании мозга и обеспечении им когнитивных функций
Результаты
• Результат применения подходов воплощённого познания и других нейрокогнитивных теорий к объяснению взаимосвязи моторных и когнитивных, в первую очередь речевых, функций в норме и при различных двигательных нарушениях
• Получены новые фундаментальные знания о связи электрической и гемодинамической активности головного мозга
• Получены новые фундаментальные знания о синхронизации ритмической электрической активности головного мозга для декодирования речевых аудиостимулов
• Уточнены представления о возрастных изменениях речевой функции: на каких именно языковых уровнях они возникают, какие именно уровни языковой обработки более уязвимы, какие остаются более сохранными в пожилом возрасте, а также какие изменения следует считать патологическими
• Разработаны эффективные методы построения полной бифуркационной картины краевых задач для нелинейных уравнений в частных производных и применение указанного алгоритма к нелинейным уравнениям Фоккера-Планка, описывающим случайный процесс распространения информации в головном мозге человека
• Разработан алгоритм, опирающийся на методы прогнозирования на основе кластеризации и анализ формальных понятий для выявления характерных участков во временных рядах, их кластеризации и формирования, на основе полученных кластеров, самосогласованной системы понятий
Руководитель проекта
Громов Василий Александрович, профессор департамента анализа данных и искусственного интеллекта факультета компьютерных наук
Срок выполнения
• 2024 год
Инструмент для создания речевого профиля обобщенной языковой личности для диагностики ментальных расстройств по транскриптам речевого потока
Цель
На основе теории языковой личности и с помощью методов автоматической обработки текста создать речевые профили обобщенной языковой личности людей с нейрокогнитивными и ментальными расстройствами для последующего применения этих профилей в автоматизированной диагностической модели
Задачи
• Для имеющегося речевого материала получить статистические данные для всех возможных стилостатистических параметров (длины слов, предложений, коэффициенты динамизма, предметности, удобочитаемости, частеречная принадлежность лексики, объем и богатство словарного запаса и пр.), применяемых в рамках атрибуционных диагностических задач
• В целевых и контрольной группах провести анализ тематического моделирования и кластеризации лексики, основанных на векторизации речевого материала
• Методами математической статистики определить наиболее значимые для речи каждой группы параметры
• На основе наиболее важных параметров создать речевые профили лиц с диагнозами шизофрения, шизотипическое расстройство, шизоаффективное расстройство, пограничное расстройство личности, прочие расстройства личности, первичный депрессивный эпизод, рекуррентное депрессивное расстройство, биполярное аффективное расстройство
• Сформировать драфт модели диагностики указанных расстройств по устному речевому материалу
Результаты
• Рабочие алгоритмы кластеризации лексики и тематического моделирования для речи лиц с ментальными расстройствами
• Аналитика по стилостатистическим параметрам для речи лиц с ментальными расстройствами
• Речевые профили лиц с диагнозами: пограничное расстройство личности, прочие расстройства личности, первичный депрессивный эпизод, рекуррентное депрессивное расстройство, биполярное аффективное расстройство
• Драфт автоматизированной диагностической модели идентификации лиц с ментальными расстройствами
Руководитель проекта
Хоменко Анна Юрьевна, старший научный сотрудник Центра языка и мозга, НИУ ВШЭ — Нижний Новгород
Когнитивная гибкость и билингвизм как факторы когнитивного резерва
Цель
Изучение факторов усиления когнитивного резерва
Задачи
• Проведение пилотного исследования, направленного на изучение взаимосвязи между когнитивной гибкостью и когнитивным резервом у людей с различным билингвальным опытом
• Определение связанных с возрастом нейронных коррелятов когнитивной гибкости с помощью мета-аналитического метода
• Разработка модели приложения, направленного на диагностику и тренировку когнитивной гибкости с учетом билингвального опыта пользователей
Результаты
• Использование результатов исследования в качестве теоретического обоснования разработки приложения по тренировке когнитивной гибкости
• Разработка проекта приложения по тренировке когнитивного резерва
• Регистрация РИД
Руководитель проекта
Чуйкова Жанна Владимировна, аспирант Центра нейроэкономики и когнитивных исследований Института когнитивных нейронаук
Разработка методов исследования мультистабильности на основе машинного обучения в приложении к нейронным системам
Цель
Разработка метода детектирования и классификации мультистабильных состояний в системе с помощью модели машинного обучения. Предлагаемая методика может быть использована для улучшения диагностики и разработки новых подходов к нейрореабилитации, в том числе в контексте сохранения когнитивных функций и коррекции нейродегенеративных нарушений
Задачи
• Разработка модели машинного обучения на основе эталонной модели нелинейной динамики, обладающей свойством мультистабильности, воспроизводящей динамику системы
• Валидация модели машинного обучения для стратифицированного и случайного семплирования набора данных для обучения
• Разработка классификатора и кластеризатора различных типов поведения и мультистабильных состояний
• Адаптация и апробация модели машинного обучения для нейронных систем
• Адаптация и апробация модели машинного обучения для анализа временных рядов, полученных с клеточных культур
Результаты
• Разработка метода на основе машинного обучения, позволяющего диагностировать по временным рядам свойство мультистабильности
• Проведено исследование мультистабильности в системе Чуа
• Получены результаты исследования моделей нейронов
• Методика апробирована на экспериментальных данных
• Свидетельство о регистрации программы ЭВМ
Руководитель проекта
Багаутдинова Эльмира Рафиковна, стажер-исследователь лаборатории топологических методов в динамике факультета информатики, математики и компьютерных наук НИУ ВШЭ — Нижний Новгород
Шаги развития
Шаг 1
- Создание нейроэкономической модели дезадаптивного поведения потребителя
- Прототип нейропротеза кисти
- Разработка математических моделей, описывающих связи фазы ритмической активности мозга с процессами парцелляции речевого потока
- Создание прототипа технологии пассивного интраоперационного картирования речевой функции картирования
Шаг 2
- Создание прототипа магнитоэнцефалографа нового поколения на основе магнитометров с оптической накачкой (МОН-МЭГ)
- Разработка нейропротезов нового поколения с использованием интерфейсов мозг-компьютер, мягких нейроимплантов и распределенной пространственно-временной модуляции
- Разработка инструментов поддержки общего и билингвального языкового научения для систем образования
- Создание банка нейрофизиологических данных с внешними медицинскими партнерами
Семинары проекта
Руководитель проекта
Соколов Игорь Владимирович
Административный руководитель проекта
Лидеры проекта
Заместитель директора по научной работе МИЭМ им. А.Н. Тихонова
Научный сотрудник Центра языка и мозга
Заместитель руководителя Департамента анализа данных и искусственного интеллекта Факультета компьютерных наук
Главный научный сотрудник Центра языка и мозга
Ведущий научный сотрудник Центра нейроэкономики и когнитивных исследований Института когнитивных нейронаук
Ведущий научный сотрудник Международной лаборатории социальной нейробиологии Института когнитивных нейронаук
Заведующий лабораторией социальной и когнитивной информатики Санкт-Петербургская школа социальных наук и востоковедения НИУ ВШЭ в Санкт-Петербурге
Старший научный сотрудник Центра когнитивных нейронаук НИУ ВШЭ в Перми
Профессор Школы лингвистики Факультета гуманитарных наук
Ведущий научный сотрудник Центра нейроэкономики и когнитивных исследований
Директор Центра биоэлектрических интерфейсов Института когнитивных нейронаук
Декан Факультета биологии и биотехнологии
Директор Центра языка и мозга факультета гуманитарных наук НИУ ВШЭ в Нижнем Новгороде
Заместитель директора по научной деятельности НИУ ВШЭ в Санкт-Петербурге
Руководитель Департамента психологии Факультета социальных наук
И.о. директора Института когнитивных нейронаук
Ведущий научный сотрудник Центра нейроэкономики и когнитивных исследований Института когнитивных наук
Руководители проектов молодых ученых, аспирантов и студентов
Стажер-исследователь лаборатории топологических методов в динамике факультета информатики, математики и компьютерных наук НИУ ВШЭ — Нижний Новгород
Старший научный сотрудник Центра языка и мозга, НИУ ВШЭ — Нижний Новгород
Аспирант Центра нейроэкономики и когнитивных исследований Института когнитивных нейронаук
Младший научный сотрудник Центра нейроэкономики и когнитивных исследований
Консорциум «Трансфер нейрокогнитивных технологий»
Партнеры стратегического проекта
Публикации проекта
-
-
-
-
Spot the Bot: Distinguishing Human-Written and Bot-Generated Texts Using Clustering and Information Theory Techniques
In bk.: 10th International Conference, PReMI 2023, Kolkata, India, December 12–15, 2023, Proceedings. Pattern Recognition and Machine Intelligence. LNCS, volume 14301. Cham: Springer, 2023. Ch. 3. P. 20-27.
-
-