ЛАУРЕАТ В НОМИНАЦИИ «DISCOVERY/ОТКРЫТИЕ»
ЗА ОСНОВОПОЛАГАЮЩИЙ ВКЛАД В СОЗДАНИЕ МЕТОДА ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ МАГНИТНО-РЕЗОНАНСНОЙ ТОМОГРАФИИ И ВВЕДЕНИЕ ЕГО В ПОВСЕДНЕВНУЮ НАУЧНУЮ И КЛИНИЧЕСКУЮ ПРАКТИКУ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ АКТИВНОСТИ МОЗГА ЧЕЛОВЕКА.
Никос Логотетис
73 года
PhD по нейробиологии человека, Директор Международного центра исследований мозга приматов (ICPBR), Почетный директор Института биологической кибернетики им. Макса Планка
Более 75 000 цитирований, h-index = 124
Специалист в области фМРТ, профессор, нейробиолог и приматологО лауреате
Достижение относится к области методов диагностики головного мозга и изучению механизмов, лежащих в основе восприятия и сознания. Проведенные Лауреатом научные исследования позволили создать метод, позволяющий неинвазивно изучать активность головного мозга с высоким пространственным разрешением. Используя этот метод, функциональную магнитно-резонансную томографию (фМРТ), были проведены эксперименты для анализа активности мозга в реальном времени. Эти исследования имеют важное значение для понимания работы мозга и природы различных неврологических и психических расстройств.
С применением передовых методов фМРТ Лауреат изучил взаимодействие различных областей мозга, что дало возможность глубже понять, как внимание и восприятие влияют на когнитивные функции. Результаты этих научных изысканий могут привести к разработке новых методов диагностики и лечения неврологических заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера и депрессия. Более того, понимание работы мозга может способствовать созданию более эффективных образовательных программ и психотерапевтических подходов, а также улучшению интерфейсов «человек-машина», что в конечном итоге повысит качество жизни людей и улучшит взаимодействие с технологиями. Этот метод незаменим в таких областях, как когнитивная нейробиология, зоопсихология, эволюционная нейробиология и нейробиология развития.
В настоящее время Логотетис продолжает развивать метод, комбинируя его с другими инструментами нейронаук. Им были разработаны и внедрены две системы МРТ с высоким полем, которые совмещают функциональную, анатомическую и спектроскопическую визуализацию. Эти системы позволяют проводить одновременную визуализацию и инвазивные записи внутри корковых структур, что открывает новые горизонты для изучения функций, взаимосвязей и нейрохимии мозга приматов.
Премия «ВЫЗОВ» вручена за основополагающий вклад в создание метода функциональной магнитно-резонансной томографии и введение его в повседневную научную и клиническую практику для исследования активности мозга человека.
Никос Логотетис (Nikos Logothetis) родился в 1950 году, учился в Афинском университете и Университете Салоник. Защитил диссертацию по человеческой нейробиологии в Мюнхенском университете имени Людвига-Максимилиана. Занимался исследовательской работой на кафедре мозга и когнитивных наук в Массачусетском технологическом институте, в Колледже медицины Бэйлор. Сейчас — директор Международного центра исследований мозга приматов в Шанхае (Китай), почетный директор Института биологической кибернетики Общества Макса Планка в Тюбингене (Германия). Лауреат премии Alden Spencer Award (2008), Лауреат Zülch-Prize for Neuroscience (2007), Лауреат премии Луи Жанте по медицине (2003).
-
Мозг человека содержит более 80 миллиардов нейронов, объединенных в функциональные кластеры. Чтобы понимать, как мозг обрабатывает информацию, необходимо знать, какие кластеры активизируются, а какие подавляются при решении тех или иных задач. Заглянуть в мозг можно инвазивно, внедрив электроды прямо в мозг, и неинвазивно — например, с помощью электроэнцефалографа, который считывает электрические потенциалы мозга датчиками, расположенными на коже головы.
Инвазивные методы обеспечивают более точную картину активности, но они требуют хирургического вмешательства, которое нельзя провести без медицинских показаний. Кроме того, у врачей и ученых пока нет стопроцентно биосовместимых материалов, и внедренные электроды постепенно теряют функциональность и перестают работать.
Неинвазивные методы, в том числе электроэнцефалография, обладают довольно низким пространственным разрешением. Они считывают сигнал лишь с поверхностных областей коры головного мозга и не позволяют определить источник сигнала в его глубинных структурах.
Поэтому ученые задумались, можно ли решить обе проблемы с помощью функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ). В одном из режимов МРТ может измерять колебания уровня кислорода в крови (Blood Oxygen Level Dependent, или BOLD-сигнал), который отражает уровень кровотока в различных областях мозга. Активным нейронам нужно больше энергии, поэтому у них возрастает потребность в глюкозе и кислороде, которые поступают через кровеносные сосуды и влияют на концентрацию парамагнитного дезоксигемоглобина. Он, в свою очередь, изменяет локальное магнитное поле, и это фиксирует томограф.
Впервые BOLD-сигнал описал в 1990 году Сэйдзи Огава. Однако оставалось неочевидным, что изменения BOLD-сигнала связаны именно с нейрональной активностью.
Никос Логотетис и его коллеги в одной из своих наиболее цитируемых работ в журнале Nature в 2001 году впервые систематически описали связь между сигналом BOLD и различными формами нейронной активности.
Логотетис показал, что сигнал BOLD фиксирует не конкретные электрические импульсы нейронов — спайки (от слова spike — «всплеск»), а совокупную нейронную активность по обработке поступающей в них информации. При этом повышение кровоснабжения и доставка кислорода в активную область мозга может косвенно влиять на способность нейронов генерировать спайки. Раскрытие этой связи улучшило интерпретацию нейрофизиологических процессов, диагностику заболеваний и проектирование интерфейсов «мозг — компьютер».
В целом фМРТ обладает высоким пространственным разрешением и позволяет точно локализовать активность в определенных областях мозга. Метод применяется при исследовании когнитивных функций, для диагностики нейродегенеративных заболеваний, картирования мозга. Но и этот метод имеет ограничения — довольно сильное зашумление и задержку показаний, так как нейронная активность изменяется значительно быстрее, чем скорость кровотока. Поэтому современные исследователи часто комбинируют фМРТ с другими неинвазивными методами.
Логотетис разработал и внедрил методы, которые позволяют сочетать довольно «неповоротливые» данные фМРТ с высоким временным разрешением электрофизиологических и нейрохимических записей. В своих исследованиях он соединил фМРТ с электроэнцефалографией, разработал комбинированный метод NET-фМРТ (Neural Event-Triggered fMRI) для количественного описания механизмов, связывающих нейронные процессы и гемодинамические отклики. Применение комбинированных методов создает «мост» между экспериментальными данными, полученными на животных, и клиническими исследованиями мозга человека.
Также Логотетис улучшил пространственное разрешение фМРТ, объединив ее с микроскопической эндоскопической кальциевой визуализацией, чтобы регистрировать активность больших популяций нейронов на уровне клеток.
Таким образом с фМРТ можно изучать сложные когнитивные процессы, включая многозначное восприятие и нейронные механизмы памяти. Ученый первым представил доказательства того, что нейроны височной зрительной коры демонстрируют объектную специфичность, то есть избирательно реагируют на определенные визуальные объекты. Эти нейроны участвуют в процессе распознавания объектов, связывая визуальные стимулы с их значением или категорией.