Стратегический проект «Устойчивый мозг: нейрокогнитивные технологии адаптации, обучения, развития и реабилитации человека в изменяющейся среде»

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