Kazantsev, Viktor Borísovich

Viktor Borisovich Kazantsev (nacido el 9 de mayo de 1973 , Dzerzhinsk , región de Gorki ) es un radiofísico ruso, Doctor en Ciencias Físicas y Matemáticas, Profesor Asociado, Jefe. Departamento de Neurotecnología del Instituto de Biología y Biomedicina de la Universidad Estatal de Nizhny Novgorod que lleva el nombre de N. I. Lobachevsky , Vicerrector de Investigación de la Universidad Estatal de Nizhny Novgorod que lleva el nombre de N. I. Lobachevsky (2015 - 2020), trabaja en tales áreas de fundamental y aplicada ciencia como dinámica no lineal , neurobiología computacional , neurotecnología , biología matemática .

Viktor Borisovich Kazantsev es autor de más de cien publicaciones científicas [1] [2] . Fundador y gerente Departamento (desde 2005) de Neurodinámica y Neurobiología, Facultad de Biología, Universidad Estatal de Nizhny Novgorod que lleva el nombre de N. I. Lobachevsky (hoy en día rebautizado como Departamento de Neurotecnologías, IBBM UNN).

Biografía

En 1996, se graduó de la Facultad de Radiofísica de la Universidad Estatal de Nizhny Novgorod, que lleva el nombre de N.I. Lobachevsky , con una licenciatura en radiofísica. En 1999 defendió su tesis doctoral sobre el tema “Estructuras, ondas y su interacción en redes activas multicapa”, y en 2006 defendió su tesis doctoral sobre el tema “Efectos cooperativos de la dinámica no lineal de sistemas activos multielementos : estructuras, ondas, caos, control” en la especialidad 04/01/03 - radiofísica en el consejo de disertación sobre la base del Instituto de Física Aplicada y Fundamental de la Academia Rusa de Ciencias. Desde 2016 - Profesor Asociado en Biofísica.

Desde 1999, ha sido asistente en el Departamento de Teoría de Oscilaciones, Facultad de Radiofísica, Universidad Estatal de Nizhny Novgorod que lleva el nombre de N. I. Lobachevsky , desde 2001 investigador principal en IAP RAS , desde 2007 investigador líder en IAP RAS , y en 2008-2014 jefe de laboratorio en el IAP RAS . En 2014-2015, fue director del Instituto de Investigación "Institute of Living Systems". Desde 2005 hasta la actualidad, ha sido el jefe del Departamento de Neurotecnología (antes Departamento de Neurodinámica y Neurobiología) del Instituto de Biología y Biomedicina de la Universidad Estatal Lobachevsky de Nizhny Novgorod . De 2015 a 2020 - Vicerrector de Investigación de la Universidad de Nizhny Novgorod .

Actividad científica y pedagógica

V. B. Kazantsev es coautor de más de cien publicaciones científicas en revistas arbitradas rusas y extranjeras, varios desarrollos educativos y metodológicos, patentes rusas y extranjeras [3] . Desde 1999, ha dirigido varios proyectos de investigación de iniciativa que recibieron apoyo competitivo de la Fundación Rusa para la Investigación Básica, Programas Federales Específicos, una subvención de la Fundación Rusa para la Ciencia, y es codirector de la mega subvención de la primera ola (científico visitante A. E. Dityatev). V. B. Kazantsev lee cursos de conferencias "Teoría de oscilaciones para biofísicos", "Modelos matemáticos de sistemas neurogliales" para estudiantes de especialidades biológicas y físicas y matemáticas de la UNN.

Los proyectos científicos y técnicos más grandes (apoyados por RSF y FTSPIR ), llevados a cabo bajo el liderazgo de Kazantsev:

• "Desarrollo de un sistema optoelectrónico neurocognitivo para la estimulación y sincronización de neuronas cerebrales", FTSPIR 2014-2016 No. GK 14.578.21.0074 [4] [5]
• "Estudio de la plasticidad de la red y los mecanismos de red de la memoria en el modelo de cultivos disociados del hipocampo en sondas multielectrodo", Fundación de Ciencias de Rusia 2014-2016 No. 14-19-01381
• “Desarrollo de un conjunto de soluciones científicas y técnicas para la neurointegración de dispositivos robóticos de exoesqueleto”, FTSPIR 2014-2016 No. GK 14.578.21.0094 [6]
• "La matriz cerebral extracelular como determinante de las comunicaciones intercelulares y objeto de intervención terapéutica", Decreto No. 220 (co-líder) 2010-2014 No. GK 11.G34.31.0012 [7] [8]
• "Desarrollo de métodos y modelos para monitorear, estimular y entrenar neuronas cerebrales vivas en sustratos multielectrodo", FTSPIR 2012-2013 No. GK 14.B37.21.1073 [9] [10] [11] [12]
• "Sistema para registrar y decodificar la actividad bioeléctrica del cerebro y los músculos humanos (SRD-1)", FTSPIR 2014-2016 No. GK14.581.21.0011 [13] [14]
• “Creación de un vehículo neuropilotado para una categoría de ciudadanos de baja movilidad (Neuromobile)”, FTSPIR 2017-2020 No. GK 14.581.21.0022 [15] [16]

Entre los resultados científicos más significativos de Kazantsev, se pueden señalar los siguientes:

• Descubrimiento de un nuevo mecanismo para la aparición de señales espontáneas de actividad química en redes de células cerebrales que interactúan.
• Se establece que está asociado a la pérdida de estabilidad de un estado de equilibrio espacialmente homogéneo a través de una transición sucesiva al semiplano positivo de una parte de pares conjugados complejos del espectro de valores propios ( bifurcación de Andronov-Hopf ). Como resultado, en la red se forman señales espaciotemporales de la actividad del calcio con una pequeña escala espacial del orden de las distancias intercelulares (20-30 μm) y un ritmo temporal lento (10 s), que modula la distribución de sustancias neuroactivas en el cerebro [17] .
• Se ha demostrado que las redes neuronales formadas en cultivos disociados de células del hipocampo son capaces de generar descargas en ráfagas espontáneas. Se ha establecido que la estructura de tales descargas es repetitiva al principio (patrón de activación) y al final (patrón de desactivación) de la ocurrencia de la descarga. El patrón de patrón tiene una singularidad ("firmas de picos") específicas para una red neuronal determinada y refleja las vías de excitación a través de la arquitectura sináptica de la red [18] .
• Sobre la base de estudios experimentales en neurobiología, se ha desarrollado un modelo de interacción de las neuronas cerebrales con un entorno extracelular activo (matriz extracelular del cerebro). Se ha establecido que el impacto de factores extracelulares (moléculas de matriz específicas) conduce a una regulación eficaz de la frecuencia media de oscilaciones del generador neuronal en escalas de tiempo grandes (cientos de segundos y más). Estos factores aseguran la formación de dos bucles de retroalimentación: uno negativo, que disminuye la excitabilidad de la neurona con un aumento en la frecuencia de las oscilaciones espontáneas, y uno positivo, que aumenta la sensibilidad de la neurona a las acciones de entrada cuando la frecuencia de las oscilaciones. acciones de entrada disminuye por debajo de un nivel crítico. Además, tener en cuenta la actividad del medio extracelular conduce a la biestabilidad, la coexistencia de dos niveles estables de frecuencia de oscilación. Esto sugiere que el entorno extracelular puede desempeñar un papel importante en la formación y el mantenimiento de la memoria [19] .
• Se propone un nuevo modelo de plasticidad sináptica selectiva de fase, que es capaz de regular la fase relativa de los impulsos de las neuronas conectadas sinápticamente. El modelo se basa en la formación de dos bucles de retroalimentación que cambian el nivel de despolarización de las neuronas presinápticas o postsinápticas, en proporción al desajuste de tiempo/fase, la aparición de impulsos en relación con una determinada fase de referencia [20] .
• Se ha propuesto un modelo de regulación bidireccional de la neurotransmisión sináptica en el cerebro debido a la activación de astrocitos. Se ha demostrado que el astrocito es capaz de facilitar (mejorar) o deprimir (suprimir) la señalización en la sinapsis. Este efecto también conduce a la aparición de la biestabilidad: la coexistencia de dos niveles estables de actividad de la red neuronal [21] .
• Se ha demostrado que las redes neuronales vivas formadas en cultivos disociados del hipocampo son capaces de aprender, cambiando las características de la respuesta a la estimulación eléctrica externa [22] .

Obras seleccionadas

• Gladkov A., Pigareva Y., Kutyina D., Kolpakov V., Bukatin A., Mukhina I., Kazantsev V., Pimashkin A. Diseño de redes de neuronas cultivadas in vitro con conectividad predefinida utilizando canales de microfluidos asimétricos // Informes científicos — 2017. - V. 7. - I. 1. - P. 15625., doi:10.1038/s41598-017-15506-2
• Lobov S., Mironov V., Kastalskiy I., Kazantsev V. Una red neuronal de picos en la extracción de funciones sEMG // Sensores - 2015. - V. 15. - I. 11. - P. 27894-27904., doi:10.3390 /s151127894
• Mironov VI, Romanov AS, Simonov AY, Vedunova MV, Kazantsev VB Oscilaciones en un modelo de crecimiento de neuritas con retroalimentación extracelular // Cartas de neurociencia - 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. Dinámica espaciotemporal del calcio en un solo los astrocitos y su modulación por la actividad neuronal // Calcio 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. Mejora adaptativa del protocolo de aprendizaje en redes cultivadas de hipocampo cultivadas en matrices de electrodos múltiples // Frontiers in Neural Circuits - 2013. - V. 7. - Art. #87, doi:10.3389/fncir.2013.00087
• Pisarkik AN, Sevilla-Escoboza R., Jaimes-Reátegui R., Huerta-Cuellar G., García-Lopez JH, Kazantsev VB Implementación experimental de un sensor biométrico sináptico láser // Sensores - 2013. - V. 13. - I. 12. - P. 17322-17331, doi:10.3390/s131217322
• Kazantsev VB, Tyukin I. Yu. Temporización de picos adaptativa y selectiva de fase en osciladores neuronales acoplados sinápticamente // PLoS ONE - 2012. - V. 7. - I. 3. - P. e30411, doi: 10.1371/journal.pone.0030411
• Kazantsev V., Gordleeva S., Stasenko S., Dityatev A. Un modelo homeostático de disparo neuronal gobernado por señales de retroalimentación de la matriz extracelular // 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. Marcas clave de ráfagas de actividad espontánea en cultivos hipocampales // Fronteras en la neurociencia computacional - 2011. - V. 5. - Art. #46, doi:10.3389/fncom.2011.00046
• Kazantsev VB Señales espontáneas de calcio inducidas por uniones gap en un modelo de red de astrocitos // 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 Estudio experimental de neuronas eléctricas de FitzHugh-Nagumo con excitabilidad modificada // Redes neuronales - 2006. - V. 19. - I. 5. - P 684-693, doi:10.1016/j.neunet.2005.07.011
• Kazantsev VB, Nekorkin VI, Makarenko VI, Llinas R. Restablecimiento de fase autorreferencial basado en la dinámica del oscilador de oliva inferior // Actas de la Academia Nacional de Ciencias de EE. UU. - 2004. - V. 101. - I. 52. - P 18183-18188, doi:10.1073/pnas.0407900101
• Kazantsev VB, Nekorkin VI, Makarenko VI, Llinas R. Sistema de control universal basado en grupos olivo-cerebelosos // Actas de la Academia Nacional de Ciencias de EE. UU. - 2003. - V. 100. - I. 22. - P. 13064 -13068, doi:10.1073/pnas.1635110100
• Kazantsev VB Comunicación selectiva y procesamiento de información por sistemas excitables // Revisión física E - 2001. - V. 64. - P. 056210, doi: 10.1103/PhysRevE.64.056210

Notas

1. ↑ Página de citas de Google de Victor B. Kazantsev
2. ↑ [famous-scientists.ru/8201 V. B. Kazantsev en la Enciclopedia de científicos rusos destacados]
3. ↑ Victor B. Kazantsev Patentes de Google
4. ↑ Desarrollo de un sistema optoelectrónico neurocognitivo para estimular y sincronizar neuronas cerebrales
5. ↑ Los científicos de Nizhny Novgorod han desarrollado un dispositivo para detectar los restos de un tumor cerebral después de la cirugía.
6. ↑ Desarrollo de un complejo de soluciones científicas y técnicas para la neurointegración de dispositivos robóticos de exoesqueleto
7. ↑ La matriz cerebral extracelular como determinante de las comunicaciones intercelulares y objeto de intervención terapéutica (enlace inaccesible) . Consultado el 5 de mayo de 2018. Archivado desde el original el 22 de mayo de 2018. (indefinido) 
8. ↑ N.I. Lobachevsky UNN estudiará los secretos del cerebro
9. ↑ Desarrollo de métodos y modelos para monitorear, estimular y entrenar neuronas cerebrales vivas en sustratos multielectrodo
10. ↑ En Nizhny Novgorod, hicieron el primer robot que piensa y toma decisiones por sí mismo.
11. ↑ Neuroanimación / Neuroanimación
12. ↑ Neuroanimats: robots que toman decisiones independientes
13. ↑ Sistema para registrar y decodificar la actividad bioeléctrica del cerebro y los músculos humanos (SRD-1)
14. ↑ Se está creando un avatar de robot en Nizhny Novgorod
15. ↑ Creación de un vehículo neuropilotado para una categoría de ciudadanos de baja movilidad (Neuromobil)
16. ↑ Olga Vasilyeva valoró el "Neuromobil" de la Universidad Lobachevsky en VUZPROMEXPO 2017
17. ↑ Mecanismos de bifurcación de la señalización de redes regulares y caóticas en astrocitos cerebrales
18. ↑ Marcas clave de ráfagas de actividad espontánea en cultivos hipocampales
19. ↑ Un modelo homeostático de activación neuronal gobernado por señales de retroalimentación de la matriz extracelular
20. ↑ Plasticidad dependiente del tiempo de pico adaptativo y selectivo de fase en osciladores neuronales acoplados sinápticamente
21. ↑ Regulación astrocítica bidireccional de la actividad neuronal dentro de una red
22. ↑ Mejora adaptativa del protocolo de aprendizaje en redes cultivadas de hipocampo cultivadas en matrices de electrodos múltiples

Conferencias

• Kazantsev V. B. "Redes neuronales en vivo en matrices de electrodos múltiples"
• Kazantsev V. B. "Tecnologías para usar interfaces neuronales para controlar y navegar dispositivos externos"