Laboratorul de Neuroștiințe Experimentale și Teoretice | Raul C. Mureșan | TINS


Proiecte de cercetare


Cercetarea grupului se focalizează în prezent pe câteva proiecte majore axate pe studiul oscilațiilor neuronale. Se investighează aspecte de la nivelul mecanistic/celular, al generării ritmurilor, până la nivelul cognitiv uman, cu accent pe rolul funcțional al oscilațiilor din diferite benzi de frecvență.


I. Complexitatea dinamicii corticale în timpul legării perceptuale: oscilații gamma

Proiectul a investigat rolul oscilațiilor gamma în legare perceptuală, din perspectiva complexității dinamicii neuronale. Studii anterioare au pus în evidență asocierea dintre oscilații gamma și percepție, sau chiar mai departe, dintre oscilații gamma și procesarea conștientă a stimulilor senzoriali. Proiectul nostru a abordat rolul oscilațiilor gamma prin utilizarea unor paradigme de stimulare bine controlate, înregistrarea de semnale EEG de înaltă densitate, de pe scalpul subiecților umani care execută un task perceptual. Semnalele înregistrate au fost analizate utilizând metode de ultimă oră, cum ar fi: dimensionalitate fractală, TESPAR, analiză multidimensională de pattern-uri, etc.

Finanțare: cod proiect ID-48/2007, finanțat prin contract ID Nr. 204/2007 de la Bugetul de Stat al României: Programul Național de Cercetare Dezvoltare și Inovare II, subprogramul Idei, administrat de Ministerul Educației, Cercetării și Tineretului, prin Unitatea Executivă pentru Finanțarea învățământului Superior și a Cercetării Ştiințifice Universitare (UEFISCSU).

Pentru detalii, click aici.



II. Dinamica microcircuitelor neuronale corticale: oscilații, rezonanță, sincronizare

Proiectul a investigat rolul proprietăților celulare, cum ar fi rezonanța mediată de voltaj, în producerea oscilațiilor neuronale la nivelul microcircuitelor neuronale mari. Studiile au implicat simularea extensivă pe calculator a comportamentului membranar al neuronilor și a unor rețele mari de neuroni. De asemenea, s-au analizează date neuronale multielectrod înregistrate din cortexul vizual.

Finanțare: cod proiect RP-5/2007, finanțat prin contract RP Nr. 1/2007 de la Bugetul de Stat al României: Programul Național de Cercetare Dezvoltare și Inovare II, subprogramul Resurse Umane, administrat de Ministerul Educației, Cercetării și Tineretului, prin Unitatea Executivă pentru Finanțarea învățământului Superior și a Cercetării Ştiințifice Universitare (UEFISCSU).



III. Max Planck - Coneural Partner Group

Proiectul a avut ca țintă întărirea colaborării dintre Coneural și Institutul Max Planck pentru Cercetarea Creierului din Frankfurt (MPI). S-a stabilit o colaborare directă și strânsă cu departamentul de Neurofiziologie al MPI, condus de Prof. Wolf Singer. Există numeroase proiecte în derulare care includ, printre altele, studiul structurii temporale în activitatea neuronală. Au fost aplicate diverse tehnici, începând cu înregistrări multielectrod, până la EEG și modelare și analiză de date pe calculator.

Finanțare: proiectul a fost finanțat de Societatea Max Planck din Germania.



IV. Recunoașterea obiectelor în creierul uman prin intermediul atractorilor

Proiectul reprezintă o continuare a cercetărilor relizate în cadrul proiectului ID-48/2007 și a investigat modul prin care obiectele sunt recunoscute de creierul uman. Ipoteza de lucru este că obiectele individuale nu sunt reprezentate prin celule specializate care răspund selectiv la un singur obiect. Mai degrabă, reprezentarea se realizează prin stări dinamice de tip atractor, unde sistemul converge după ce este plasat într-o stare inițială de către informația vizuală externă. Ipoteza investigată este foarte nouă și presupune punerea în evidență și înțelegerea unor mecanisme de tip atractor în creierul uman prin investigatii psihofizice, de eye-tracking și prin măsurători EEG. Rezultatele ID-48/2007 reprezintă baza de la care se pleacă și indică cu mare probabilitate că ipoteza investigată este corectă.

Finanțare: cod proiect TE-11/2010, finanțat prin contract Nr. 23/28.07.2010 de la Bugetul de Stat al României: Programul Național de Cercetare Dezvoltare și Inovare II, subprogramul Tinere Echipe, administrat de Ministerul Educației, Cercetării, Tineretului și Sportului, prin Unitatea Executivă pentru Finanțarea Cercetării Dezvoltării și Inovării (UEFISCDI).

Pentru detalii, click aici.



V. Mecanismele oscilațiilor gamma în rețele corticale: de la emergență la rolul funcțional în percepție și cogniție

Proiectul investighează mecanismele care stau la baza oscilațiilor gamma în circuitele din cortexul cerebral. Se crede că oscilațiile gamma au un rol instrumental în percepție și cogniție iar disfuncționalitatea acestora este asociată cu afecțiuni neuronale grave, precum schizofrenia, autismul, boala Parkinson sau Alzheimer. Până în prezent, au fost propuse două categorii mari de mecanisme: Pyramidal INterneuron Gamma (PING), unde oscilațiile apar prin interacțiunea de tip "push-pull" între neuronii excitatori și cei inhibitori, și INterneuron Gamma (ING), unde oscilațiile apar prin excitația tonică a unui grup de interneuroni inhibitori conectați reciproc. într-un studiu anterior, am arătat că există un mecanism adițional, bazat pe rezonanța de membrană a neuronilor inhibitori, denumit Resonance INduce Gamma (RING). Proiectul își propune identificarea acestui mecanism în creier prin experimente electrofiziologice și optogenetice in vivo.

Finanțare: cod proiect PN-II-RU-TE-2014-4-0406/2015, finanțat prin contract Nr. 169/1.10.2015 de la Bugetul de Stat al României: Programul Național de Cercetare Dezvoltare și Inovare II, subprogramul Tinere Echipe, administrat de Ministerul Educației, Cercetării, Tineretului și Sportului, prin Unitatea Executivă pentru Finanțarea Cercetării Dezvoltării și Inovării (UEFISCDI).

Pentru detalii, click aici.



VI. Planificarea și execuția acțiunilor prin interațiunea ansamblurilor neuronale fronto-parietale

Frecvent neglijat în cercetarea disfuncțiilor neuronale, cortexul parietal este o structură centrală având conexiuni reciproce masive cu majoritatea modalităților senzoriale și ariilor frontale, dar numai în ultimele decade au existat eforturi susținute de a-i studia diferitele funcții în cogniție. Înțelegem chiar mai puțin natura interacțiunilor dintre ariile parietale și frontale în timpul planificării și luării de decizii. Acest proiect își propune să studieze funcția sistemului fronto-parietal la mamifere prin investigarea proprietăților de activare a cortexului parietal posterior (CPP) și cortexului frontal medial agranular (AGm).

Finanțare: cod proiect PN-III-P4-ID-PCE-2016-0010/2017, finanțat prin contract Nr. 78/2017 de la Bugetul de Stat al României: Programul Național de Cercetare Dezvoltare și Inovare III, administrat de Ministerul Cercetării și Inovării, prin Unitatea Executivă pentru Finanțarea Învățământului Superior, a Cercetării Dezvoltării și Inovării (UEFISCDI).



VII. Demonstrator interfață creier-calculator cu lățime de bandă mare

Interfața creier-calculator (ICC) a atras o atenție deosebită în ultimele decade, în primul rând datorită speranței de a putea construi aplicații unde controlul folosind creierul să poată înlocui interfețele standard. Un număr mare de sisteme ICC, bazate pe EEG, au apărut recent pe piață însă vasta lor majoritate au o bandă extrem de limitată (0.25-0.5 biți/s). Utilizând expertiza noastră în mecanismele și estimarea oscilațiilor gama, vom dezvolta un sistem demonstrativ de bandă largă în care ICC va permite utilizatorilor să controleze agenți articulați care acționează în medii virtuale complexe.

Finanțare: cod proiect PN-III-P2-2.1-PED-2016-0007/2017, finanțat prin contract Nr. 199PED/2017 de la Bugetul de Stat al României: Programul Național de Cercetare Dezvoltare și Inovare III, administrat de Ministerul Cercetării și Inovării, prin Unitatea Executivă pentru Finanțarea Învățământului Superior, a Cercetării Dezvoltării și Inovării (UEFISCDI).