Лаборатория умного сна

Научные результаты:

• Получены новые научные данные об активации дренажной функции мозга во время сна, полученные с помощью применения оптической когерентной томографии, золотых наностержней в качестве контрастных агентов, технологии оптического просветления черепа и ЭЭГ мониторинга.
• Получены новые научные данные об эффективных нелинейных методах частотного и амплитудного анализа ЭЭГ/ЭМГ/ЭОГ/ЭКГ, а также методах распознавания образов нейронной сети, для высокоселективной детекции медленных волн сна, синхронизированных с активацией дренажной функции мозга.
• Разработана математическая модель, описывающая активацию движения межклеточной и периваскулярной жидкостей в менингеальную лимфатическую систему во время сна.
• Получены новые научные данные о роли лимфатической системы в очистительной функции мозга во время сна и возрастных изменений этих процессов у людей и грызунов.
• Получены новые научные данные о функциональной взаимосвязи между повышением проницаемости ГЭБ и активацией очистительной функции мозга во время сна.
• Разработана прорывная технология диагностики состояния ГЭБ по данным нелинейного анализа ночных ЭЭГ паттернов.
• Получены новые научные данные о лимфатическом очищении тканей спящего мозга от бета-амилоида и продуктов крови на животных моделях болезни Альцгеймера и неонатальных интракраниальных геморрагий, соответственно.
• Разработана телеметрическая система мониторинга интракраниального давления и одновременное записи ЭЭГ у грызунов.
• Получены пионерские данные об анатомической связи менингеальных и периферических лимфососудов головы и шеи человека и грызунов разного возраста.
• Разработана математическая модель глиальной регуляции потока интерстициальной жидкости во время сна.
• Получены новые методы функциональной картографии и трехмерной функциональной визуализации сети лимфатических сосудов головного мозга и его оболочек человека и мыши/крысы.
• Получены новые научные данные об эффективности применения в условиях патологии разработанных на первом этапе технологий нелинейного частотного и амплитудного анализа ЭЭГ/ЭМГ/ЭОГ/ЭКГ, включая методы распознавания образов нейронной сети, для выявления медленных волн сна (на примерах болезни Альцгеймера и неонатальных геморрагий).
• Разработаны программное обеспечение и автоматизированная станция на основе методов машинного обучения для выявления медленных волн сна в условиях нормы и патологии в момент открытия «терапевтических окон сна».
• Получены научные данные о повышении дренажной и очистительной функций мозга за счет неинвазивной стимуляции выявленных на втором этапе «терапевтических окон сна», заложенных в медленной волновой активности спящего мозга.
• Разработаны технологии детектирования стадии глубокого сна в первые дни после рождения и фотостимуляции лимфатического выведения крови из тканей мозга новорожденных детей с внутрижелудочковыми кровоизлияниями. Создано программное обеспечение для автоматизированой подачи фотовоздействия в момент глубокого сна.
• В клинических исследованиях на здоровых добровольцах и пациентах с когнитивными нарушениями установлено, что неинвазивное звуковое воздействие бинауральным звуком сопровождается изменениями электрофизиологических паттернов, сопряженных с активацией глимфатической системы. Проведен анализ влияния дефицита сна и бинаурального звука на содержание бета-амилоида в крови у здоровых добровольцев. Установлено, что депривация сна сопровождается снижением уровня бета-амилоида в крови у испытуемых, что косвенно свидетельствует о его аккумуляции в тканях мозга и что согласуется с другими результатами с применением позитронноэмиссионной томографии.
• Изучены механизмы фотостимулирующих эффектов на дренажную и очистительную функции менингеальных лимфатических сосудов у мышей.
• Разработан портативный аппарат в виде шапочки для ночной терапии выведения продуктов крови и токсинов из мозга новорожденных детей.
• Создан аппаратно–программный комплекс для мониторинга электроэнцефалограмм (ЭЭГ) сна у грызунов, который позволяет в режиме реального времени автоматически определять стадию медленного сна с целью включения в этот период лазерного воздействия на лимфатическую систему оболочек мозга.
• Разработана технология фотостимуляции лимфатического выведения продуктов крови из тканей мозга взрослых и новорожденных мышей.
• Разработана технология ночной фотостимуляции лимфатического выведения из тканей мозга мышей бета-амилоида.
• Разработана технология звуковой стимуляции лимфатического выведения из тканей мозга мышей бета-амилоида.
• Разработан новый подход для анализа биомедицинских сигналов ЭЭГ для поиска и количественной оценки колебательных паттернов на базе непрерывного вейвлетного преобразования.
• Проведено исследование когерентности процессов дыхания и парасимпатической регуляции ритма сердца для людей различных возрастных групп в состоянии бодрствования, во сне с быстрым движением глаз и в глубоком сне.
• Предложен метод расчета индекса суммарного процента фазовой синхронизации составляющих сигналов RR-интервалов и артериального давления в низкочастотном диапазоне 0.05-0.15 Гц.
• Разработаны новые теоретические концепции о сне как о системном маркере состояния ГЭБ. Разработаны модели активации ночных процессов дренажа тканей мозга и их возможные механизмы.
• Разработана интерактивная база данных сети лимфатических сосудов мозга и его оболочек в виде 3D атласа с применением цифровых технологий создания мультимедийных объектов, виртуальной реальности, трёхмерной компьютерной графики и машинного обучения.

Внедрение результатов исследования:

1. Патент РФ 2766527. Способ стимуляции очистительной функции лимфатической системы мозга / О.В. Семячкина-Глушковская, Ю.Г. Куртц, А.А. Широков, А.П. Хороводов, А.В. Терсков, А.И. Дубровский, В.В. Тучин, А.Н. И.В. Федосов, Башкатов, Е.А. Генина, А.Т. Мамедова, М.М. Климова, И.А. Блохина, Н.Д. Лежнев. Опубл. 15.03.2022. № 8. 
2. Патент РФ 210873. Устройство высокоточного измерения внутричерепного давления. И.В. Федосов, А.Б. Агеев, О.В. Семячкина-Глушковская. Опубл. 12.05.2022. № 15.
3. Патент РФ 2781740. Способ детектирования состояния глубокого сна. А.Б. Агеев, И.В. Федосов, О.В. Семячкина-Глушковская. Опубл. 17.10.2022. Бюл. № 29.
4. Патент РФ 2740123. Способ лазерной биомодуляции и повышения проницаемости гематоэнцефалического барьера / В.В. Тучин, О.В. Семячкина-Глушковская, Э.А. Генина, А.Н. Башкатов; Опубл. 11.01.2021. Бюл. № 2

Образование и переподготовка кадров:

• Разработана и внедрена программа подготовки магистров «Современные технологии визуализации и анализа живых систем».
• Разработаны 3 программы повышения квалификации.
• Изданы 2 монографии и 1 учебное пособие.
• Проведена научная стажировка для 2 аспирантов с 22 ноября по 21 декабря 2021 года в Междисциплинарном центре медицины сна университетской клиники Charité (Interdisciplinary Center of Sleep Medicine, Charité Universitätsmedizin Berlin).
• Проведена 1-я Зимняя Онлайн-школа «Клиренс мозга и сложные системы» (1st Winter On-line School on “Brain Clearance Meets Complex Systems”).
• Защищены 2 докторские диссертации, 1 диссертация PhD и 2 кандидатских диссертации.
• Подготовлены 7 бакалавров, 1 специалист, 2 магистра.

Сотрудничество:

• Междисциплинарный центр сомнологии клиники Шарите (Германия): Проводятся стажировки молодых ученых по изучению применения методов машинного обучения и рекуррентного анализа, которые применяются к биомедицинским данным для классификации состояний организма (сон, бодрствование, оценка проницаемости гематоэнцефалического барьера и др.), а также предсказания появления критических состояний организма (появления патологий).
• Лаборатория кардиоваскулярной физики Берлинского университета им. Гумбольда (г. Берлин, Германия): Проводятся стажировки ученых лаборатории с целью изучения применения методов нелинейного анализа для прогнозирования развития сосудистых катастроф мозга, включая технологии оценки состояния гематоэнцефалического барьера в условиях бодрствования и сна.
• Отдел сомнологии в клинике Шарите в г. Берлин (Германия): Проводятся стажировки по обучению сотрудников лаборатории проведения исследований природы сна и выявления ранних маркеров риска развития нейродегенеравивных заболеваний на основе применения методов машинного обучения и нелинейной динамики.
• Биомедицинская лаборатория в Хуачьжонском университете в г. Ухань (Китай): Проводятся совместные исследования по разработке технологии фотоуправления лимфатическими процессами выведения из тканей мозга ненужных метаболитов и токсинов.
• Медицинская школа Южно-Мексиканского университета в г. Альбукерке (США): Проводятся совместные исследования ночной активации лимфатической системы оболочек мозга во время сна у здоровых добровольцев с применением функциональной магнитно-резонансной томографии.
• ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный университет им. В.И. Разумовского» (Россия).
• Научный центр ИБФРМ РАН «Симбиоз» (Россия).
• МНОЦ «Биофотоника»(Россия).
• ФГБНУ «Научно-исследовательский институт нейронаук и медицины» (Россия).