Kazantsev, Viktor Borisovici

Viktor Borisovich Kazantsev (n . 9 mai 1973 , Dzerjinsk , Regiunea Gorki ) este un radiofizician rus, doctor în științe fizice și matematice, profesor asociat, șef. Departamentul de Neurotehnologie al Institutului de Biologie și Biomedicină al Universității de Stat din Nizhny Novgorod, numit după N. I. Lobachevsky , prorector pentru cercetare al Universității de Stat din Nijni Novgorod numit după N. I. Lobachevsky (2015 - 2020), lucrează în astfel de domenii fundamentale și aplicate știința ca dinamică neliniară , neurobiologie computațională , neurotehnologii , biologie matematică .

Viktor Borisovich Kazantsev este autorul a peste o sută de publicații științifice [1] [2] . Fondator și manager Departamentul (din 2005) de Neurodinamică și Neurobiologie, Facultatea de Biologie, Universitatea de Stat din Nizhny Novgorod numit după N. I. Lobachevsky (redenumit în prezent Departamentul de Neurotehnologii, IBBM UNN).

Biografie

În 1996, a absolvit Facultatea de Radiofizică a Universității de Stat din Nizhny Novgorod, numită după N.I. Lobachevsky , cu o diplomă în radiofizică. În 1999 și-a susținut teza de doctorat cu tema „Structuri, unde și interacțiunea lor în rețele active multistrat”, iar în 2006 și-a susținut teza de doctorat pe tema „Efecte cooperative ale dinamicii neliniare a sistemelor active multi-element. : structuri, valuri, haos, control” la specialitatea 04/01/03 - radiofizică în consiliul de disertație pe baza Institutului de Fizică Aplicată și Fundamentală al Academiei Ruse de Științe. Din 2016 - Profesor asociat în Biofizică.

Din 1999, este asistent la Departamentul de Teoria Oscilațiilor, Facultatea de Radiofizică, Universitatea de Stat din Nijni Novgorod numită după N. I. Lobachevsky , din 2001 cercetător principal la IAP RAS , din 2007 un cercetător de frunte la IAP RAS și în 2008-2014 şef de laborator la IAP RAS . În perioada 2014-2015, a fost director al Institutului de Cercetare „Institute of Living Systems”. Din 2005 până în prezent, a fost șeful Departamentului de Neurotehnologie (fost Departamentul de Neurodinamică și Neurobiologie) al Institutului de Biologie și Biomedicină al Universității de Stat Lobachevsky din Nijni Novgorod . Din 2015 până în 2020 - prorector pentru cercetare la Universitatea din Nijni Novgorod .

Activitate științifică și pedagogică

V. B. Kazantsev este coautor a mai mult de o sută de publicații științifice în reviste arbitrate ruse și străine, mai multe dezvoltări educaționale și metodologice, brevete rusești și străine [3] . Din 1999, a condus mai multe proiecte de cercetare de inițiativă care au primit sprijin competitiv din partea Fundației Ruse pentru Cercetare de bază, Programe Federale vizate, un grant de la Fundația Rusă pentru Știință și este co-lider al primului val mega-grant (omul de știință vizitat A. E. Dityatev). V. B. Kazantsev citește cursuri de prelegeri „Teoria oscilațiilor pentru biofizicieni”, „Modele matematice ale sistemelor neuron-gliale” pentru studenții specialităților biologice și fizice și matematice ale UNN.

Cele mai mari proiecte științifice și tehnice (susținute de RSF și FTSPIR ), realizate sub conducerea lui Kazantsev:

• „Dezvoltarea unui sistem optoelectronic neurocognitiv pentru stimularea și sincronizarea neuronilor cerebrali”, FTSPIR 2014-2016 Nr. GK 14.578.21.0074 [4] [5]
• „Studiul plasticității rețelei și mecanismelor de rețea ale memoriei în modelul culturilor disociate ale hipocampului pe sonde multielectrozi”, Fundația Rusă pentru Știință 2014-2016 Nr. 14-19-01381
• „Elaborarea unui set de soluții științifice și tehnice pentru neurointegrarea dispozitivelor robotizate exoschelet”, FTSPIR 2014-2016 Nr. GK 14.578.21.0094 [6]
• „Matricea extracelulară a creierului ca determinant al comunicațiilor intercelulare și obiect al intervenției terapeutice”, Decretul nr. 220 (co-lider) 2010-2014 nr. GK 11.G34.31.0012 [7] [8]
• „Dezvoltarea metodelor și modelelor de monitorizare, stimulare și antrenare a neuronilor creierului vii pe substraturi multielectrozi”, FTSPIR 2012-2013 Nr. GK 14.B37.21.1073 [9] [10] [11] [12]
• „Sistem de înregistrare și decodare a activității bioelectrice a creierului și mușchilor umani (SRD-1)”, FTSPIR 2014-2016 Nr. GK14.581.21.0011 [13] [14]
• „Crearea unui vehicul neuro-pilotat pentru o categorie de cetățeni cu mobilitate redusă (Neuromobil)”, FTSPIR 2017-2020 Nr. GK 14.581.21.0022 [15] [16]

Printre cele mai semnificative rezultate științifice ale lui Kazantsev, pot fi remarcate următoarele:

• Descoperirea unui nou mecanism pentru apariția semnalelor spontane de activitate chimică în rețelele de celule cerebrale care interacționează.
• Se stabilește că este asociată cu pierderea stabilității unei stări de echilibru omogene din punct de vedere spațial printr-o tranziție succesivă la semiplanul pozitiv a unei părți a perechilor conjugate complexe din spectrul valorilor proprii ( bifurcația Andronov-Hopf ). Ca urmare, în rețea se formează semnale spațiotemporale ale activității calciului cu o scară spațială mică de ordinul distanțelor intercelulare (20–30 μm) și un ritm temporal lent (10 s), care modulează distribuția substanțelor neuroactive în creierul [17] .
• S-a demonstrat că rețelele neuronale formate în culturi disociate de celule hipocampale sunt capabile să genereze descărcări spontane de explozie. S-a stabilit că structura unor astfel de descărcări este repetitivă la începutul (modelul de activare) și la sfârșitul (modelul de dezactivare) apariției descărcărilor. Modelul are o unicitate („semnături de vârf”) specifică unei rețele neuronale date și reflectă căile de excitație prin arhitectura sinaptică a rețelei [18] .
• Pe baza unor studii experimentale în neurobiologie, a fost dezvoltat un model de interacțiune a neuronilor creierului cu un mediu extracelular activ (matricea extracelulară a creierului). S-a stabilit că impactul factorilor extracelulari (molecule specifice matricei) conduce la reglarea eficientă a frecvenței medii a oscilațiilor generatorului neuronal pe scări mari de timp (sute de secunde și mai mult). Acești factori asigură formarea a două bucle de feedback: una negativă, care scade excitabilitatea neuronului cu creșterea frecvenței oscilațiilor spontane, și una pozitivă, care crește sensibilitatea neuronului la acțiunile de intrare când frecvența de acțiunile de intrare scade sub un nivel critic. În plus, luarea în considerare a activității mediului extracelular duce la bistabilitate - coexistența a două niveluri stabile de frecvență de oscilație. Acest lucru sugerează că mediul extracelular poate juca un rol semnificativ în formarea și menținerea memoriei [19] .
• Este propus un nou model de plasticitate sinaptică selectivă de fază, care este capabil să regleze faza relativă a impulsurilor neuronilor conectați sinaptic. Modelul se bazează pe formarea a două bucle de feedback care modifică nivelul de depolarizare fie al neuronilor presinaptici, fie al neuronilor postsinaptici, proporțional cu nepotrivirea timp/fază, cu apariția impulsurilor relativ la o anumită fază de referință [20] .
• A fost propus un model de reglare bidirecțională a neurotransmisiei sinaptice în creier datorită activării astrocitelor. S-a demonstrat că astrocitul este capabil fie de a facilita (îmbunătăți), fie de a deprima (suprima) semnalizarea în sinapsă. Acest efect duce, de asemenea, la apariția bistabilității — coexistența a două niveluri stabile de activitate a rețelei neuronale [21] .
• S-a demonstrat că rețelele neuronale vii formate în culturile disociate ale hipocampului sunt capabile să învețe – să schimbe caracteristicile răspunsului la stimularea electrică externă [22] .

Lucrări selectate

• Gladkov A., Pigareva Y., Kutyina D., Kolpakov V., Bukatin A., Mukhina I., Kazantsev V., Pimashkin A. Design of cultured neuron networks in vitro with predefinite connectivity using asymetric microfluidic channels // Rapoarte științifice — 2017. - V. 7. - I. 1. - P. 15625., doi:10.1038/s41598-017-15506-2
• Lobov S., Mironov V., Kastalskiy I., Kazantsev V. A spiking neuronal network in sEMG feature extraction // Senzori - 2015. - V. 15. - I. 11. - P. 27894-27904., doi:10.3390 /s151127894
• Mironov VI, Romanov AS, Simonov AY, Vedunova MV, Kazantsev VB Oscillations in a neurite growth model with extracellular feedback // Neuroscience letters - 2014. - V. 570. - P. 16-20, doi:10.1016/j.neulet. 2014.03.041
• Wu Y.-W., Tang X., Arizono M., Bannai H., Shih PY, Dembitskaya Y., Kazantsev V., Tanaka M., Itohara S., Mikoshiba K., Semyanov A. Dinamica spatiotemporală a calciului într-un singur astrocitele și modularea acesteia prin activitatea neuronală // Calciul celular - 2014. - V. 55. - I. 2. - P. 119-129, doi: 10.1016/j.ceca.2013.12.006
• Pimashkin A., Gladkov A., Mukhina I., Kazantsev V. Îmbunătățirea adaptivă a protocolului de învățare în rețelele de cultură hipocampale cultivate pe matrice multielectrozi // Frontiere în circuite neuronale - 2013. - V. 7. - Art. #87, doi:10.3389/fncir.2013.00087
• Pisarchik AN, Sevilla-Escoboza R., Jaimes-Reátegui R., Huerta-Cuellar G., García-Lopez JH, Kazantsev VB Implementarea experimentală a unui senzor sinaptic laser biometric // Senzori - 2013. - V. 13. - I. 12. - P. 17322-17331, doi:10.3390/s131217322
• Kazantsev VB, Tyukin I.Yu. Timing de vârf adaptiv și selectiv de fază în oscilatoare neuronale cuplate sinaptic // PLoS ONE - 2012. - V. 7. - I. 3. - P. e30411, doi: 10.1371/journal.pone.0030411
• Kazantsev V., Gordleeva S., Stasenko S., Dityatev A. Un model homeostatic de declanșare neuronală guvernat de semnale de feedback din matricea extracelulară // PLoS ONE - 2012. - V. 7. - I. 7. - P. e41646 doi:10.1371/journal.pone.0041646
• Pimashkin A., Kastalskiy I., Simonov A., Koryagina E., Mukhina I., Kazantsev V. Spiking semnături ale exploziilor spontane de activitate în culturile hipocampale // Frontieres în neuroștiința computațională - 2011. - V. 5. - Art. #46, doi:10.3389/fncom.2011.00046
• Kazantsev VB Semnale spontane de calciu induse de joncțiuni gap într-un model de rețea de astrocite // Physical Review E - 2009. - V. 79. - I. 1. - P. 010901(R), doi: 10.1103/PhysRevE.79.01091
• Binczak S., Jacquir S., Bilbault J.-M., Kazantsev VB, Nekorkin VI Studiu experimental al neuronilor electrici FitzHugh-Nagumo cu excitabilitate modificată // Rețele neuronale - 2006. - V. 19. - I. 5. - P 684-693, doi:10.1016/j.nenet.2005.07.011
• Kazantsev VB, Nekorkin VI, Makarenko VI, Llinas R. Resetare fază autoreferențială bazată pe dinamica oscilatorului de măsline inferioare // Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA - 2004. - V. 101. - I. 52. - P 18183-18188, doi:10.1073/pnas.0407900101
• Kazantsev VB, Nekorkin VI, Makarenko VI, Llinas R. Sistem de control universal bazat pe clustere de olivo-cerebelos // Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA - 2003. - V. 100. - I. 22. - P. 13064 -13068, doi:10.1073/pnas.1635110100
• Kazantsev VB Comunicarea selectivă și prelucrarea informațiilor prin sisteme excitabile // Physical Review E - 2001. - V. 64. - P. 056210, doi: 10.1103/PhysRevE.64.056210

Note

1. ↑ Victor B. Kazantsev Pagina de citare Google
2. ↑ [famous-scientists.ru/8201 V. B. Kazantsev în Enciclopedia oamenilor de știință ruși remarcabili]
3. ↑ Victor B. Kazantsev Patente Google
4. ↑ Dezvoltarea unui sistem optoelectronic neurocognitiv pentru stimularea și sincronizarea neuronilor creierului
5. ↑ Oamenii de știință de la Nijni Novgorod au dezvoltat un dispozitiv pentru detectarea rămășițelor unei tumori pe creier după o intervenție chirurgicală
6. ↑ Dezvoltarea unui complex de soluții științifice și tehnice pentru neurointegrarea dispozitivelor robotizate cu exoschelet
7. ↑ Matricea extracelulară a creierului ca determinant al comunicațiilor intercelulare și obiect al intervenției terapeutice (link inaccesibil) . Preluat la 5 mai 2018. Arhivat din original pe 22 mai 2018. (nedefinit) 
8. ↑ N.I. Lobachevsky UNN va studia secretele creierului
9. ↑ Dezvoltarea de metode și modele pentru monitorizarea, stimularea și antrenamentul neuronilor creierului vii pe substraturi multielectrozi
10. ↑ În Nijni Novgorod, au creat primul robot care gândește și ia decizii singur
11. ↑ Neuroanimat / Neuroanimat
12. ↑ Neuroanimats - roboți care iau decizii independente
13. ↑ Sistem de înregistrare și decodificare a activității bioelectrice a creierului și mușchilor umani (SRD-1)
14. ↑ Un avatar robot este creat în Nijni Novgorod
15. ↑ Crearea unui vehicul neuro-pilotat pentru o categorie de cetățeni cu mobilitate redusă (Neuromobil)
16. ↑ Olga Vasilyeva a apreciat „Neuromobilul” al Universității Lobachevsky la VUZPROMEXPO 2017
17. ↑ Mecanismele de bifurcare ale semnalizării rețelelor regulate și haotice în astrocitele cerebrale
18. ↑ Semnături în creștere ale exploziilor de activitate spontană în culturile hipocampului
19. ↑ Un model homeostatic de declanșare neuronală guvernat de semnale de feedback din matricea extracelulară
20. ↑ Plasticitate dependentă de sincronizarea cu vârf adaptiv și selectiv de fază în oscilatorii neuronali cuplati sinaptic
21. ↑ Reglarea astrocitară bidirecțională a activității neuronale în cadrul unei rețele
22. ↑ Îmbunătățirea adaptivă a protocolului de învățare în rețelele de cultură hipocampale crescute pe matrice multielectrozi

Prelegeri

• Kazantsev V. B. „Rețele neuronale live pe rețele multielectrozi”
• Kazantsev V. B. „Tehnologii pentru utilizarea interfețelor neuronale pentru controlul și navigarea dispozitivelor externe”