Kazantsev, Viktor Borisovich

Viktor Borisovich Kazantsev (född 9 maj 1973 , Dzerzhinsk , Gorkij-regionen ) är en rysk radiofysiker, doktor i fysikaliska och matematiska vetenskaper, docent, chef. Institutionen för neuroteknologi vid Institutet för biologi och biomedicin vid Nizhny Novgorod State University uppkallad efter N. I. Lobachevsky , vicerektor för forskning vid Nizhny Novgorod State University uppkallad efter N. I. Lobachevsky (2015 - 2020), arbetar inom sådana områden av grundläggande och tillämpad vetenskap som icke-linjär dynamik , beräkningsneurobiologi , neuroteknik , matematisk biologi .

Viktor Borisovich Kazantsev är författare till mer än hundra vetenskapliga publikationer [1] [2] . Grundare och chef Institutionen (sedan 2005) för neurodynamik och neurobiologi, Biologiska fakulteten, Nizhny Novgorod State University uppkallad efter N. I. Lobachevsky (numera omdöpt till Institutionen för neuroteknologi, IBBM UNN).

Biografi

1996 tog han examen från Radiophysics Faculty vid Nizhny Novgorod State University uppkallad efter N.I. Lobachevsky med en examen i radiofysik. 1999 disputerade han på sin doktorsavhandling om ämnet "Strukturer, vågor och deras interaktion i flerskiktiga aktiva gitter", och 2006 disputerade han på ämnet "Kooperativa effekter av den icke-linjära dynamiken hos aktiva multi-element system". : strukturer, vågor, kaos, kontroll” i specialiteten 04/01/03 - radiofysik i avhandlingsrådet på grundval av Institute of Applied and Fundamental Physics of the Russian Academy of Sciences. Sedan 2016 - Docent i biofysik.

Sedan 1999 har han varit assistent vid avdelningen för oscillationsteori, fakulteten för radiofysik, Nizhny Novgorod State University uppkallad efter N. I. Lobachevsky , sedan 2001 seniorforskare vid IAP RAS , sedan 2007 en ledande forskare vid IAP RAS , och 2008-2014 chef för laboratoriet vid IAP RAS . 2014-2015 var han chef för forskningsinstitutet "Institute of Living Systems". Från 2005 till idag har han varit chef för avdelningen för neuroteknologi (tidigare avdelningen för neurodynamik och neurobiologi) vid Institutet för biologi och biomedicin vid Lobachevsky State University of Nizhny Novgorod . Från 2015 till 2020 - vicerektor för forskning vid universitetet i Nizhny Novgorod .

Vetenskaplig och pedagogisk verksamhet

V. B. Kazantsev är medförfattare till mer än hundra vetenskapliga publikationer i ryska och utländska refererade tidskrifter, flera utbildnings- och metodutvecklingar, ryska och utländska patent [3] . Sedan 1999 har han lett flera initiativforskningsprojekt som fått konkurrenskraftigt stöd från den ryska stiftelsen för grundforskning, federala målinriktade program, ett anslag från Russian Science Foundation, och är medledare för den första vågens mega-anslag (besökte vetenskapsmannen A.E. Dityatev). V. B. Kazantsev läser kurser med föreläsningar "Teori om oscillationer för biofysiker", "Matematiska modeller av neuron-gliala system" för studenter av biologiska och fysiska och matematiska specialiteter av UNN.

De största vetenskapliga och tekniska projekten (stödda av RSF och FTSPIR ), som genomfördes under Kazantsevs ledning:

• "Utveckling av ett neurokognitivt optoelektroniskt system för stimulering och synkronisering av hjärnneuroner", FTSPIR 2014-2016 nr GK 14.578.21.0074 [4] [5]
• "Studie av nätverksplasticitet och nätverksmekanismer för minne i modellen av dissocierade kulturer i hippocampus på multielektrodsonder", Russian Science Foundation 2014-2016 nr 14-19-01381
• "Utveckling av en uppsättning vetenskapliga och tekniska lösningar för neurointegration av exoskelettrobotar", FTSPIR 2014-2016 nr GK 14.578.21.0094 [6]
• "Extracellulär hjärnmatris som en bestämningsfaktor för intercellulär kommunikation och ett föremål för terapeutisk intervention", dekret nr 220 (medledare) 2010-2014 nr GK 11.G34.31.0012 [7] [8]
• "Utveckling av metoder och modeller för övervakning, stimulering och träning av levande hjärnneuroner på multielektrodsubstrat", FTSPIR 2012-2013 nr GK 14.B37.21.1073 [9] [10] [11] [12]
• "System för att registrera och avkoda den bioelektriska aktiviteten hos den mänskliga hjärnan och musklerna (SRD-1)", FTSPIR 2014-2016 nr GK14.581.21.0011 [13] [14]
• "Skapande av ett neuropiloterat fordon för en kategori av medborgare med låg rörlighet (Neuromobile)", FTSPIR 2017-2020 nr GK 14.581.21.0022 [15] [16]

Bland de mest betydande vetenskapliga resultaten av Kazantsev kan följande noteras:

• Upptäckt av en ny mekanism för uppkomsten av spontana signaler om kemisk aktivitet i nätverk av interagerande hjärnceller.
• Det är fastställt att det är associerat med förlusten av stabilitet i ett rumsligt homogent jämviktstillstånd genom en successiv övergång till det positiva halvplanet för en del av komplexa konjugatpar från spektrumet av egenvärden ( Andronov-Hopf-bifurkation ). Som ett resultat bildas spatiotemporala signaler om kalciumaktivitet i nätverket med en liten rumslig skala i storleksordningen intercellulära avstånd (20–30 μm) och en långsam tidsrytm (10 s), som modulerar fördelningen av neuroaktiva ämnen i hjärna [17] .
• Det har visats att neurala nätverk som bildas i dissocierade kulturer av hippocampusceller kan generera spontana urladdningar. Det har fastställts att strukturen för sådana urladdningar är repetitiva i början (aktiveringsmönster) och i slutet (deaktiveringsmönster) av urladdningsförekomsten. Mönstret har en unikhet ("spiksignaturer") som är specifik för ett givet neuralt nätverk och återspeglar excitationsvägarna genom nätverkets synaptiska arkitektur [18] .
• På basis av experimentella studier inom neurobiologi har en modell för interaktion mellan hjärnneuroner och en aktiv extracellulär miljö (hjärnans extracellulära matrix) utvecklats. Det har fastställts att inverkan av extracellulära faktorer (specifika matrismolekyler) leder till effektiv reglering av den genomsnittliga frekvensen av svängningar hos den neurala generatorn på stora tidsskalor (hundratals sekunder och mer). Dessa faktorer säkerställer bildandet av två återkopplingsslingor: en negativ, som minskar nervcellens excitabilitet med en ökning av frekvensen av spontana svängningar, och en positiv, som ökar nervcellens känslighet för inmatningsåtgärder när frekvensen av spontana svängningar ökar. ingångsåtgärder minskar under en kritisk nivå. Att ta hänsyn till det extracellulära mediets aktivitet leder dessutom till bistabilitet - samexistensen av två stabila nivåer av oscillationsfrekvens. Detta tyder på att den extracellulära miljön kan spela en betydande roll i bildandet och underhållet av minne [19] .
• En ny modell av fasselektiv synaptisk plasticitet föreslås, som är kapabel att reglera den relativa fasen av impulser från synaptiskt anslutna neuroner. Modellen är baserad på bildandet av två återkopplingsslingor som ändrar nivån av depolarisering av antingen presynaptiska eller postsynaptiska neuroner, i proportion till tid/fas-felanpassningen, förekomsten av impulser i förhållande till en viss referensfas [20] .
• En modell för dubbelriktad reglering av synaptisk neurotransmission i hjärnan på grund av aktiveringen av astrocyter har föreslagits. Det har visat sig att astrocyten är kapabel att antingen underlätta (förstärka) eller undertrycka (undertrycka) signalering i synapsen. Denna effekt leder också till uppkomsten av bistabilitet - samexistensen av två stabila nivåer av neurala nätverksaktivitet [21] .
• Det har visat sig att levande neurala nätverk som bildas i dissocierade kulturer i hippocampus är kapabla att lära sig - ändra egenskaperna hos svaret på extern elektrisk stimulering [22] .

Utvalda verk

• Gladkov A., Pigareva Y., Kutyina D., Kolpakov V., Bukatin A., Mukhina I., Kazantsev V., Pimashkin A. Design av odlade neuronnätverk in vitro med fördefinierad anslutning med asymmetriska mikrofluidkanaler // Vetenskapliga rapporter — 2017. - V. 7. - I. 1. - P. 15625., doi:10.1038/s41598-017-15506-2
• Lobov S., Mironov V., Kastalskiy I., Kazantsev V. Ett spikande neuralt nätverk i sEMG-funktionsextraktion // Sensors - 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. Spatiotemporal kalciumdynamik i singel astrocyter och dess modulering genom neuronal aktivitet // Cellkalcium - 2014. - V. 55. - I. 2. - P. 119-129, doi: 10.1016/j.ceca.2013.12.006
• Pimashkin A., Gladkov A., Mukhina I., Kazantsev V. Adaptiv förbättring av inlärningsprotokoll i hippocampala odlade nätverk odlade på multielektrodmatriser // Frontiers in Neural Circuits - 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 Experimentell implementering av en biometrisk lasersynaptisk sensor // Sensorer - 2013. - V. 13. - I. 12. - P. 17322-17331, doi:10.3390/s131217322
• Kazantsev VB, Tyukin I.Yu. Adaptiv och fasselektiv spiktiming i synaptiskt kopplade neuronala oscillatorer // PLoS ONE - 2012. - V. 7. - I. 3. - P. e30411, doi: 10.1371/journal.pone.0030411
• Kazantsev V., Gordleeva S., Stasenko S., Dityatev A. En homeostatisk modell av neuronavfyrning styrd av återkopplingssignaler från den extracellulära matrisen // 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. Spetsiga signaturer av spontana aktivitetsutbrott i hippocampala kulturer // Frontiers in Computational Neuroscience - 2011. - V. 5. - Art. #46, doi:10.3389/fncom.2011.00046
• Kazantsev VB Spontana kalciumsignaler inducerade av gap junctions i en nätverksmodell av astrocyter // Physical Review E - 2009. - V. 79. - I. 1. - P. 010901(R), doi: 10.1103/PhysRevE.719.01090
• Binczak S., Jacquir S., Bilbault J.-M., Kazantsev VB, Nekorkin VI Experimentell studie av elektriska FitzHugh-Nagumo-neuroner med modifierad excitabilitet // Neural Networks - 2006. - V. 19. - I. 5. - P 684-693, doi:10.1016/j.neunet.2005.07.011
• Kazantsev VB, Nekorkin VI, Makarenko VI, Llinas R. Självrefererande fasåterställning baserat på sämre olivoscillatordynamik // 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. Olivo-cerebellärt klusterbaserat universellt kontrollsystem // 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 Selektiv kommunikation och informationsbehandling av exciterbara system // Physical Review E - 2001. - V. 64. - P. 056210, doi: 10.1103/PhysRevE.64.056210

Anteckningar

1. ↑ Victor B. Kazantsev Google-citatsida
2. ↑ [famous-scientists.ru/8201 V. B. Kazantsev i Encyclopedia of Outstanding Russian Scientists]
3. ↑ Victor B. Kazantsev Google-patent
4. ↑ Utveckling av ett neurokognitivt optoelektroniskt system för att stimulera och synkronisera hjärnneuroner
5. ↑ Nizhny Novgorod-forskare har utvecklat en enhet för att upptäcka resterna av en hjärntumör efter operation
6. ↑ Utveckling av ett komplex av vetenskapliga och tekniska lösningar för neurointegration av exoskelettrobotar
7. ↑ Extracellulär hjärnmatris som en bestämningsfaktor för intercellulär kommunikation och ett föremål för terapeutisk intervention (otillgänglig länk) . Hämtad 5 maj 2018. Arkiverad från originalet 22 maj 2018. (obestämd) 
8. ↑ N.I. Lobachevsky UNN kommer att studera hjärnans hemligheter
9. ↑ Utveckling av metoder och modeller för övervakning, stimulering och träning av levande hjärnneuroner på multielektrodsubstrat
10. ↑ I Nizhny Novgorod gjorde de den första roboten som tänker och fattar beslut på egen hand
11. ↑ Neuroanimat / Neuroanimat
12. ↑ Neuroanimats - robotar som fattar oberoende beslut
13. ↑ System för att registrera och avkoda den bioelektriska aktiviteten hos den mänskliga hjärnan och musklerna (SRD-1)
14. ↑ En robotavatar skapas i Nizhny Novgorod
15. ↑ Skapande av ett neuropiloterat fordon för en kategori av medborgare med låg rörlighet (Neuromobil)
16. ↑ Olga Vasilyeva uppskattade "Neuromobil" vid Lobachevsky University vid VUZPROMEXPO 2017
17. ↑ Bifurkationsmekanismer för regelbunden och kaotisk nätverkssignalering i hjärnastrocyter
18. ↑ Spetsiga signaturer av spontana aktivitetsutbrott i hippocampuskulturer
19. ↑ En homeostatisk modell av neuronavfyring styrd av återkopplingssignaler från den extracellulära matrisen
20. ↑ Adaptiv och fasselektiv spiktimingsberoende plasticitet i synaptiskt kopplade neuronala oscillatorer
21. ↑ Bi-directional astrocytisk reglering av neuronal aktivitet inom ett nätverk
22. ↑ Adaptiv förbättring av inlärningsprotokollet i hippocampala odlade nätverk odlade på multielektrodmatriser

Föreläsningar

• Kazantsev V. B. "Live neurala nätverk på multielektrodmatriser"
• Kazantsev V. B. "Teknologi för att använda neurala gränssnitt för att styra och navigera externa enheter"