Методы

* Беспроводная и проводная регистрация локальных полевых потенциалов и индивидуальных нейронов на животных в свободном поведении. Локальные полевые потенциалы (ЛПП) - это аналог ЭЭГ, но не с поверхности головы, а из структуры мозга. ЛПП формируется большим числом нейронов, его изучение позволяет исследовать динамику нейронных сетей на макроуровне. Регистрация индивидуальных нейронов позволяет исследовать взаимоотношения между нейронами, нейронами и ритмами в ЛПП, а при совмещении с поведенческими экспериментами можно исследовать корреляцию активности нейронов и поведенческих актов.

* Нейрохирургические операции по вживлению стимулирующих и регистрирующих электродов в структуры мозга, а также оптических и направляющих канюль. Оптические канюли используются для оптической стимуляции, а направляющие канюли - для введеление микродоз веществ в структуры мозга.

* Поведенческие эксперименты. В лаборатории используются тесты на пространственную память: лабиринт Барнса, Мориса, открытое поле, тест трех объектов и т.д. Поведенческие эксперименты позволяют оценить память и внимание у животных в норме, а также после экспериментальных воздействий: введения веществ, возникновении патологии и т.д. Часто поведенческие эксперименты совмещаются с регистрацией электрографической активностью мозга, в результате возникает возможность изучать связь поведения и электрической активности мозга, включая работу отдельных нейронов.

* Регистрация электрографической активности в переживающих срезах (препаратах мозга), включая внеклеточную и внутриклеточную активность (пэтч-кламп). Пэтч-кламп позволяет исследовать не только нейроны целиком, но и отдельные каналы. Установка совмещена с флюоресцентным микроскопом, что позволяет одновременно с электрической активностью записывать динамику параметров от сенсоров, флуоресценция которых связана с потенциалом на плазмолемме, мембране митохондрий или концентрацией метаболита.

* Оптогенетика. Мы имеем оборудование для оптической стимуляции нейронов у живых животных. Также в лаборатории имеются генетически-модифицированные мыши со светочувствительным каналом (каналородопсином) в возбуждающих нейронах медиальной септальной области, гиппокампа и энторинальной коры. Оптическая стимуляция возбуждает заранее известные нейроны только в одной области мозга, что позволяет исследовать роль этих нейронов в ритмах и обработке информации.

* Биохимический анализ. В лаборатории имеется планшетный монохроматорный мультимодальный ридер "CLARIOstar Plus", позволяющий измерять концентрацию веществ в препаратах оптическими методами (флуориметр/люминометр/спектрофотометр).

* Математическое моделирование. Для построения сетей мы используем большое разнообразие моделей нейронов от простых пороговых интеграторов (leaky itegrate-and-fire) до сложных многокомпартментных моделей с каналами типа Ходжкина-Хаксли. Мы применяем популярные фреймворки для моделирования: Neuron и Brian. Математические модели строятся, чтобы проверить правдоподобность гипотез об устройстве нейронных сетей мозга и сделать предсказания новых эффектов.

* Анализ данных. Основной объем данных составляют электрофизиологические записи локального полевого потенциала и индивидуальных нейронов. Мы используем метода фазово-частотного анализа (преобразование Фурье, Гильберта, вейвлет-преобразование, частотные фильтры, красс-частотный анализ). Для анализа индивидуальных нейронов используется алгоритмы сортировки импульсов. Мы используем многомерную статистику и машинное обучение для анализа свойств ритмов, паттернов нейронов и их связи с поведенческими актами.

* Гистохимическая окраска срезов. Мы применяем большое разнообразие способов окраски, включая окраску антителами (иммуногистохимию). Гистохимические исследования необходимы для понимания структуры ткани, наличия в ней тех или иных клеток и их отростков. Мы применяем окраску антителами для выявления типа клеток по экспрессии маркерных белков, это необходимо для идентификации после электрофизиологических записей или исследования изменений в числе нейронов данного типа после развития патологии. Кроме иммуногистохимии мы часто используем окраску по Нисслю для исследования распределения нейронов, окраску по Тимму для выявление спрутинга в зубчатой фасции при эпилептогенезе.

* Создание моделей эпилепсии, болезни Альцгеймера, травмы мозга и энергетического дефицита на экспериментальных животных. Моделирование патологии на животных применяется для изучения механизмов этих патологий и для разработки методов лечения.

* Нейротрансплантация: пересадка ткани на разных стадиях эмбрионального развития в другие части мозга или забарьерные органы (например, в камеру глаза). Этот метод позволяет изучать влияние среды на дифференцировку клеток.

* Ультраструктурные исследования. У лаборатории есть доступ к электронному микроскопу общего пользования. В лаборатории ведутся исследования ультраструктуры синапсов мшистых волокон.