Kazancev, Viktor Borisovič

Viktor Borisovič Kazantsev (narozen 9. května 1973 , Dzeržinsk , Gorký kraj ) je ruský rádiový fyzik, doktor fyzikálních a matematických věd, docent, přednosta. Oddělení neurotechnologií Ústavu biologie a biomedicíny Státní univerzity v Nižním Novgorodu pojmenované po N. I. Lobačevském , prorektorovi pro výzkum Státní univerzity v Nižním Novgorodu pojmenovaném po N. I. Lobačevském (2015 - 2020), pracuje v takových oblastech základní a aplikované věda jako nelineární dynamika , výpočetní neurobiologie , neurotechnologie , matematická biologie .

Viktor Borisovič Kazancev je autorem více než stovky vědeckých publikací [1] [2] . Zakladatel a manažer Katedra (od roku 2005) Neurodynamiky a neurobiologie Biologické fakulty Státní univerzity v Nižním Novgorodu pojmenovaná po N. I. Lobačevském (dnes přejmenovaná na Katedru neurotechnologií IBBM UNN).

Životopis

V roce 1996 promoval na Radiofyzikální fakultě Státní univerzity v Nižním Novgorodu pojmenované po N. I. Lobačevském s titulem v oboru radiofyzika. V roce 1999 obhájil doktorskou práci na téma „Struktury, vlny a jejich interakce ve vícevrstvých aktivních mřížích“ a v roce 2006 obhájil doktorskou disertační práci na téma „Kooperativní efekty nelineární dynamiky aktivních víceprvkových systémů. : struktury, vlny, chaos, kontrola“ v oboru 04/01/03 - radiofyzika v dizertační radě na základě Ústavu aplikované a základní fyziky Ruské akademie věd. Od roku 2016 - docent v oboru biofyzika.

Od roku 1999 je asistentem na Katedře teorie kmitů, Fakulty radiofyziky Státní univerzity v Nižním Novgorodu pojmenované po N. I. Lobačevském , od roku 2001 vedoucím vědeckým pracovníkem ÚAP RAS , od roku 2007 vedoucím vědeckým pracovníkem ÚAP RAS , a v letech 2008-2014 vedoucí laboratoře na ÚAP RAS . V letech 2014-2015 byl ředitelem Výzkumného ústavu „Ústav živých systémů“. Od roku 2005 do současnosti je vedoucím Neurotechnologie (dříve Oddělení neurodynamiky a neurobiologie) Ústavu biologie a biomedicíny Lobačevského státní univerzity v Nižním Novgorodu . Od roku 2015 do roku 2020 - prorektor pro výzkum na univerzitě v Nižním Novgorodu .

Vědecká a pedagogická činnost

V. B. Kazantsev je spoluautorem více než stovky vědeckých publikací v ruských a zahraničních recenzovaných časopisech, několika vzdělávacích a metodologických vývojů, ruských a zahraničních patentů [3] . Od roku 1999 vedl několik iniciativních výzkumných projektů, které získaly konkurenční podporu od Ruské nadace pro základní výzkum, Federální cílené programy, grant od Ruské vědecké nadace, a je spoluvedoucím megagrantu první vlny (navštívil vědce A. E. Dityatev). V. B. Kazantsev čte kurzy přednášek „Teorie oscilací pro biofyziky“, „Matematické modely neuron-gliových systémů“ pro studenty biologických a fyzikálních a matematických specializací UNN.

Největší vědecké a technické projekty (podporované RSF a FTSPIR ), prováděné pod vedením Kazantseva:

• "Vývoj neurokognitivního optoelektronického systému pro stimulaci a synchronizaci mozkových neuronů", FTSPIR 2014-2016 č. GK 14.578.21.0074 [4] [5]
• "Studium plasticity sítě a síťových mechanismů paměti v modelu disociovaných kultur hipokampu na multielektrodových sondách", Ruská vědecká nadace 2014-2016 č. 14-19-01381
• "Vývoj souboru vědeckých a technických řešení pro neurointegraci exoskeletonových robotických zařízení", FTSPIR 2014-2016 č. GK 14.578.21.0094 [6]
• "Extracelulární mozková matrice jako determinant mezibuněčných komunikací a předmět terapeutické intervence", vyhláška č. 220 (spoluvedoucí) 2010-2014 č. GK 11.G34.31.0012 [7] [8]
• "Vývoj metod a modelů pro monitorování, stimulaci a trénink živých mozkových neuronů na multielektrodových substrátech", FTSPIR 2012-2013 č. GK 14.B37.21.1073 [9] [10] [11] [12]
• "Systém pro záznam a dekódování bioelektrické aktivity lidského mozku a svalů (SRD-1)", FTSPIR 2014-2016 č. GK14.581.21.0011 [13] [14]
• "Vytvoření neuropilotovaného vozidla pro kategorii občanů s nízkou mobilitou (Neuromobil)", FTSPIR 2017-2020 č. GK 14.581.21.0022 [15] [16]

Mezi nejvýznamnější vědecké výsledky Kazantseva lze poznamenat následující:

• Objev nového mechanismu pro vznik spontánních signálů chemické aktivity v sítích interagujících mozkových buněk.
• Je zjištěno, že je spojena se ztrátou stability prostorově homogenního stavu rovnováhy postupným přechodem do kladné poloroviny části komplexně konjugovaných párů ze spektra vlastních hodnot ( Andronov-Hopfova bifurkace ). V důsledku toho se v síti tvoří časoprostorové signály aktivity vápníku s malým prostorovým měřítkem v řádu mezibuněčných vzdáleností (20–30 μm) a pomalým časovým rytmem (10 s), který moduluje distribuci neuroaktivních látek v mozek [17] .
• Bylo ukázáno, že neuronové sítě vytvořené v disociovaných kulturách hipokampálních buněk jsou schopné generovat spontánní výbuchové výboje. Bylo zjištěno, že struktura takových výbojů se na začátku (aktivační vzor) a na konci (deaktivační vzor) výskytu výboje opakuje. Vzor vzoru má jedinečnost („spike signatures“) specifickou pro danou neuronovou síť a odráží dráhy excitace přes synaptickou architekturu sítě [18] .
• Na základě experimentálních studií v neurobiologii byl vyvinut model interakce mozkových neuronů s aktivním extracelulárním prostředím (extracelulární matrix mozku). Bylo zjištěno, že působení extracelulárních faktorů (specifických matricových molekul) vede k efektivní regulaci průměrné frekvence oscilací neurálního generátoru ve velkých časových škálách (stovky sekund a více). Tyto faktory zajišťují vytvoření dvou zpětnovazebních smyček: negativní, která snižuje excitabilitu neuronu se zvýšením frekvence spontánních oscilací, a pozitivní, která zvyšuje citlivost neuronu na vstupní akce, když frekvence vstupní akce klesne pod kritickou úroveň. Zohlednění aktivity extracelulárního média navíc vede k bistabilitě – koexistenci dvou stabilních úrovní frekvence kmitů. To naznačuje, že extracelulární prostředí může hrát významnou roli při vytváření a udržování paměti [19] .
• Je navržen nový model fázově selektivní synaptické plasticity, který je schopen regulovat relativní fázi impulsů synapticky spojených neuronů. Model je založen na vytvoření dvou zpětnovazebních smyček, které mění úroveň depolarizace buď presynaptických nebo postsynaptických neuronů, úměrně časovému/fázovému nesouladu, výskytu impulsů vzhledem k určité referenční fázi [20] .
• Byl navržen model obousměrné regulace synaptické neurotransmise v mozku v důsledku aktivace astrocytů. Bylo prokázáno, že astrocyt je schopen buď usnadnit (zesílit) nebo potlačit (potlačit) signalizaci v synapsi. Tento efekt také vede ke vzniku bistability — koexistence dvou stabilních úrovní aktivity neuronové sítě [21] .
• Bylo prokázáno, že živé neuronové sítě vytvořené v disociovaných kulturách hipokampu jsou schopny se učit – měnit charakteristiky reakce na vnější elektrickou stimulaci [22] .

Vybraná díla

• Gladkov A., Pigareva Y., Kutyina D., Kolpakov V., Bukatin A., Mukhina I., Kazantsev V., Pimashkin A. Návrh sítí kultivovaných neuronů in vitro s předdefinovanou konektivitou pomocí asymetrických mikrofluidních kanálů // Vědecké zprávy — 2017. - V. 7. - I. 1. - S. 15625., doi:10.1038/s41598-017-15506-2
• Lobov S., Mironov V., Kastalskiy I., Kazantsev V. Špičková neuronová síť v extrakci funkcí sEMG // Senzory - 2015. - V. 15. - I. 11. - S. 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. Časoprostorová dynamika vápníku v singlu astrocyty a jeho modulace neuronální aktivitou // Buněčný vápník - 2014. - V. 55. - I. 2. - S. 119-129, doi: 10.1016/j.ceca.2013.12.006
• Pimashkin A., Gladkov A., Mukhina I., Kazantsev V. Adaptivní vylepšení protokolu učení v hipokampálních kultivovaných sítích pěstovaných na multielektrodových polích // 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 Experimentální implementace biometrického laserového synaptického senzoru // Senzory - 2013. - V. 13. - I. 12. - P. 17322-17331, doi:10.3390/s131217322
• Kazantsev VB, Tyukin I.Yu. Adaptivní a fázově selektivní časování špiček v synapticky spojených neuronových oscilátorech // PLoS ONE - 2012. - V. 7. - I. 3. - P. e30411, doi: 10.1371/journal.pone.0030411
• Kazantsev V., Gordleeva S., Stasenko S., Dityatev A. Homeostatický model neuronového spouštění řízeného zpětnovazebními signály z extracelulární matrix // PLoS ONE - 2012. - V. 7. - I. 7. - S. e41646 doi:10.1371/journal.pone.0041646
• Pimashkin A., Kastalskiy I., Simonov A., Koryagina E., Mukhina I., Kazantsev V. Spiking signatures of spontánní aktivity výbuchů v hipokampálních kulturách // Frontiers in Computational Neuroscience - 2011. - V. 5. - Art. #46, doi:10.3389/fncom.2011.00046
• Kazantsev VB Spontánní vápníkové signály indukované mezerovými spoji v síťovém modelu astrocytů // Physical Review E - 2009. - V. 79. - I. 1. - P. 010901(R), doi: 10.1103/PhysRevE.79.010901
• Binczak S., Jacquir S., Bilbault J.-M., Kazantsev VB, Nekorkin VI Experimentální studie elektrických FitzHugh-Nagumo neuronů s modifikovanou excitabilitou // 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. Self-referential phase reset based on inferior olive oscilator dynamics // 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-cerebelární klastrový univerzální řídicí systém // Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA - 2003. - V. 100. - I. 22. - S. 13064 -13068, doi:10.1073/pnas.1635110100
• Kazantsev VB Selektivní komunikace a zpracování informací excitovatelnými systémy // Physical Review E - 2001. - V. 64. - P. 056210, doi: 10.1103/PhysRevE.64.056210

Poznámky

1. ↑ Victor B. Kazantsev Citační stránka Google
2. ↑ [famous-scientists.ru/8201 V. B. Kazantsev v Encyklopedii vynikajících ruských vědců]
3. ↑ Victor B. Kazantsev Patenty Google
4. ↑ Vývoj neurokognitivního optoelektronického systému pro stimulaci a synchronizaci mozkových neuronů
5. ↑ Vědci z Nižního Novgorodu vyvinuli zařízení pro detekci zbytků mozkového nádoru po operaci
6. ↑ Vývoj komplexu vědeckých a technických řešení pro neurointegraci exoskeletonových robotických zařízení
7. ↑ Extracelulární mozková matrix jako determinant mezibuněčných komunikací a objekt terapeutické intervence (nepřístupný článek) . Staženo 5. 5. 2018. Archivováno z originálu 22. 5. 2018. (neurčitý) 
8. ↑ N.I. Lobačevskij UNN bude studovat tajemství mozku
9. ↑ Vývoj metod a modelů pro monitorování, stimulaci a trénink živých mozkových neuronů na multielektrodových substrátech
10. ↑ V Nižném Novgorodu vyrobili prvního robota, který myslí a rozhoduje sám
11. ↑ Neuroanimat / Neuroanimat
12. ↑ Neuroanimaty – roboti, kteří se samostatně rozhodují
13. ↑ Systém pro záznam a dekódování bioelektrické aktivity lidského mozku a svalů (SRD-1)
14. ↑ V Nižním Novgorodu vzniká robotický avatar
15. ↑ Vytvoření neuropilotovaného vozidla pro kategorii občanů s nízkou mobilitou (Neuromobil)
16. ↑ Olga Vasiljevová ocenila „Neuromobil“ Lobačevského univerzity na VUZPROMEXPO 2017
17. ↑ Bifurkační mechanismy pravidelné a chaotické síťové signalizace v mozkových astrocytech
18. ↑ Špičkové známky spontánních výbuchů aktivity v hipokampálních kulturách
19. ↑ Homeostatický model neuronové palby řízený zpětnovazebními signály z extracelulární matrice
20. ↑ Adaptivní a fázově selektivní plasticita závislá na časování špiček v synapticky vázaných neuronových oscilátorech
21. ↑ Obousměrná astrocytická regulace aktivity neuronů v rámci sítě
22. ↑ Adaptivní vylepšení protokolu učení v hipokampálních kultivovaných sítích pěstovaných na multielektrodových polích

Přednášky

• Kazantsev V. B. "Živé neuronové sítě na multielektrodových polích"
• Kazantsev V. B. „Technologie pro použití neuronových rozhraní pro ovládání a navigaci externích zařízení“