Aktualności

Misja i Władze

Akty prawne

Historia

Dla mediów

Struktura Instytutu

Studia doktoranckie

Przewody doktorskie

Postępowania habilitacyjne

Profesury

Biblioteka

Oferta Instytutu

Użyteczne linki

BIP

Pracownicy

Zakład I

Zakład II

Zakład III

Zakład IV

Zakład V

CNS Lab

Tematy statutowe

Projekty

MCB

Współpraca

Publikacje

Nagrody i wyróżnienia

Wydawnictwa

Galeria

Pomoc

Pracownia Fizjologii i Modelowania Sieci Neuronów
  • Main-Slider-PL-13
  • Main-Slider-PL-19
  • Main-Slider-PL-12
  • Main-Slider-PL-03
  • Main-Slider-PL-15
  • Main-Slider-PL-09
  • Main-Slider-PL-16
  • Main-Slider-PL-10
  • Main-Slider-PL-06
  • Main-Slider-PL-08
  • Main-Slider-PL-04
  • Main-Slider-PL-20
  • Main-Slider-PL-11
  • Main-Slider-PL-01
  • Main-Slider-PL-18
  • Main-Slider-PL-14
  • Main-Slider-PL-17
  • Main-Slider-PL-02
  • Main-Slider-PL-07
  • Main-Slider-PL-05
home 001 24px mail 001 24 bip text   

Pracownia Fizjologii i Modelowania Sieci Neuronów

Dr hab. prof. nadzw. Tiaza Bem - Kierownik Pracowni

Dr hab. prof. nadzw. Jan Karbowski

Dr Elżbieta Olejarczyk

Mgr Bartosz Jura (doktorant)

 

 

 

Tematyka badawcza:

1. Badania mechanizmów konsolidacji pamięci
Tuż po zakodowaniu informacji ślady pamięciowe są labilne, podatne na interferencję lub traumę i dopiero w trakcie konsolidacji pamięci, w wyniku procesów plastyczności mózgu oraz oddziaływania pomiędzy korą a hipokampem, ulegają one utrwaleniu. Nasze badania skoncentrowane są badaniu mechanizmów leżących u podstaw procesu konsolidacji a także zaburzeń tego procesu w chorobie Alzheimera (AD), przy użyciu metod behawioralnych, farmakologicznych i elektrofizjologicznych oraz przy zastosowaniu zaawansowanych metod analizy danych. Badania prowadzone są na modelu zwierzęcym (szczury, myszy), w tym na modelu zwierzęcym AD. Testy pamięciowe oraz rejestracje sygnałów elektrycznych z różnych obszarów mózgu prowadzone są w Institut des Maladies Neurodégénératives (IMN), Bordeaux Universite et CNRS (współpraca P. Meyrand i B. Bontempi).
Jednym z niezbędnych czynników procesu konsolidacji są wysokoczęstotliwościowe oscylacje hipokampalne, tzw. ripples. Jednakże udział funkcjonalny ripples w typowych zaburzeniach pamięci przestrzennej obserwowanych w AD nie był dotychczas zbadany. Zaburzenia pamięci w AD wiążą się z procesami degeneracji synaps, spowodowanymi obecnością tzw. ameloidu β (Aβ), który jednak nie zaburza własności ripples generowanych podczas rutynowych zachowań. Aby zbadać potencjalny efekt Aβ na ripples generowane w trakcie procesów poznawczych przeprowadziliśmy doświadczenia testujące pamięć przestrzenną u myszy z zaaplikowanym Aβ.

FiMSN1
U zwierząt tych nie wykryto zaburzeń pamięci krótkotrwałej, jednak wykazywały one tzw. fast forgetting (szybkie zapominanie), co sugeruje prawidłowe zakodowanie informacji lecz niemożność adekwatnej stabilizacji lub przywołania śladu pamięciowego. Wszystkie własności ripples w trakcie zachowań rutynowych były identyczne w grupach kontrolnych i Aβ, lecz u zwierząt poddanych testom pamięciowym wystąpiły różnice miedzy grupami. Podczas gdy w grupie kontrolnej zaobserwowano nasilone występowanie ripples bezpośrednio po kodowaniu informacji i odtwarzaniu pamięci, u zwierząt z Aβ brak było zmian w dynamice ripples w trakcie eksperymentu, co sugeruje zaburzenie procesu przetwarzania informacji przestrzennej w hipokampie. Wyniki te wskazują na kluczowa rolę częstości generacji ripples w procesie formowania pamięci przestrzennej i identyfikują zaburzenie dynamiki ripples jako mechanizm odpowiedzialny za deficyt pamięci w AD (Nicole et al., 2015). Dalsze badanie będą ukierunkowane na zbadanie połączeń funkcjonalnych miedzy korą a hipokampem na różnych etapach konsolidacji pamięci, m.in. w trakcie generacji ripples.

2. Badanie wpływu anestetyków wziewnych na wzór czynności ośrodkowego układu nerwowego.

W sygnale EEG rejestrowanym podczas anestezji pojawia się wiele artefaktów (tj. artefakty techniczne – ruchowe, zakłócenia elektryczne; fizjologiczne – EOG, EMG, EKG; patologiczne – formy padaczkopodobne, tj. iglice, fale ostre, wyładowania; fale delta związane z indukcją anestetyku, oraz różnego rodzaju pobudzenia), które mogą wpływać na błędną ocenę głębokości anestezji. W naszej Pracowni opracowana została metoda automatycznej detekcji form fala ostra – fala wolna oparta na cechach morfologicznych tych form (zgłoszenie patentowe: BPP/4285/2010).

Współpraca: (1) Oddział Anestezjologii i Intensywnej Terapii, Śląski Uniwersytet Medyczny; (2) Oddział Neurologii i Epileptologii CMKP; (3) Department of Clinical Neurophysiology, Seinajoki Central Hospital, Seinajoki, Finland; (4) Tampere University of Technology, Pori, Finland

3. Badanie architektury połączeń funkcjonalnych w korze mózgowej: analiza sygnału EEG
Istnieje wiele metod liniowych i nieliniowych, kierunkowych i niekierunkowych pozwalających na badanie architektury połączeń funkcjonalnych w mózgu. Zastosowanie tych metod razem z metodami opartymi na teorii grafów pozwala nie tylko na określenie położenia generatorów różnych rytmów oraz określenie kierunków i siły połączeń funkcjonalnych między różnymi obszarami mózgu, ale również na ocenę globalnej integracji, segregacji, wydajności i podatności na zmiany o charakterze patologicznym mózgu. Zdrowy mózg człowieka charakteryzuje się dużą hierarchicznością, wydajnością oraz globalną integracją i segregacją funkcjonalną poszczególnych obszarów. Architektura ta zaburzona jest w różnych chorobach, takich jak depresja czy schizofrenia. Wykazaliśmy ostatnio, że metody nieliniowe, takie jak entropia transferu, pozwalają na lepsze zróżnicowanie architektury połączeń funkcjonalnych w mózgu w normie i schizofrenii, niż metody liniowe oparte na przyczynowości Grangera, z zastrzeżeniem, że stosuje się podejście wielowymiarowe pozwalające na eliminację pozornych połączeń.

Współpraca: (1) Katedra i Klinika Psychiatrii, Warszawski Uniwersytet Medyczny; (2) Oddział Kliniczny Psychiatrii Dorosłych, Szpital Uniwersytecki, Kraków; (3) Zakład Neurofizjologii Klinicznej, Instytut Psychiatrii i Neurologii, Warszawa; (4) Wydział Fizyki, Uniwersytet Warszawski; (5) Department of Molecular Medicine, University of Rome “La Sapienza”, Rome, Italy (6) Institute of Cognitive Sciences and Technologies CNR, Rome, Italy; (7) Institute for Advanced Biomedical Technologies, Chieti, Italy.

FiMSN3Wybrane publikacje:

1. Bem T., Y. Le Feuvre, J. Simmers and P. Meyrand (2002). Electrical coupling can prevent expression of adult-like properties in an embryonic neural circuit. J Neurophysiol 87: 538-547.

2. Fénelon V, Le Feuvre Y, Bem T, Meyrand P (2003) Maturation of rhythmic neural network: role of central modulatory inputs. J Physiol Paris 97(1):59-68. Review.

3. Bem T., J-M. Cabelguen; O. Ekeberg, S. Grillner (2003). From swimming to walking: a single basic network for two different behaviors. Biol Cybern 88:79-90.

4. Bem T. and J. Rinzel (2004). Short duty cycle destabilizes half-center oscillator but gap junctions can restabilize the anti-phase pattern. J Neurophysiol 91:693-703.

5. Bem T., Y. Le Feuvre, J. Rinzel, P. Meyrand (2005). Electrical coupling induces bistability of rhythms in networks of inhibitory spiking neurons. European J Neurosci 22:2661-8.

6. Bem T., P. Meyrand, P. Branchereaux, J. Hallam (2008). Multi-stability and pattern-selection in oscillatory networks with fast inhibition and electrical synapses. PLoS ONE 3(11):e3830.

7. Matsushima T, Kawamori A, Bem-Sojka T (2008). Neuro-economics in chicks: foraging choices based on amount, delay and cost. Brain Res Bull. 76(3):245-52.

8. Olejarczyk E, Przytulska M, Bajera A, Królicki L. (2008) Comparison of Different SPECT Images Analysis Methods for Inter-hemispheric Asymmetry Detection in Patients with Epileptic Symptoms. Biocybern Biomed Eng 28(4): 33-41

9. Willand M, Rudner R, Olejarczyk E, Wartak M, Marciniak R, Stasiowski M, Byrczek T, Jałowiecki P. (2008) Próba wykorzystania analizy sygnałów EEG metoda wymiaru fraktalnego do określania stopnia zniesienia świadomości podczas indukcji znieczulenia ogólnego. [Fractal dimension--a new EEG-based method of assessing the depth of anaesthesia]. Anastezjologia Intensywna Terapia 40(4): 217-22

10. Olejarczyk E, Sobieszek A, Rudner R, Marciniak R, Wartak M, Stasiowski M, Jałowiecki P. (2009) Evaluation of the EEG-signal during Volatile Anaesthesia: Methodological Approach. Biocybern Biomed Eng 29(1): 3-28

11. Meyrand P, Cattaert D, Ostaszewki H, Bem T (2009) Inhibitory network of spiking cells may express a sharp peak of synchrony at low frequency band. Biol Cybern 101:325-38

12. Ostaszewski H, Meyrand P, Branchereau P, Bem T (2010) Multi-stability of In-phase and Anti-phase Activity Patterns in Neural Networks with Inhibitory and Electrical Synapses. Biocybern Biomed Eng 30(3): 3-17.

13. Olejarczyk E, Sobieszek A, Rudner R, Marciniak R, Wartak M, Stasiowski M, Jałowiecki P. (2010) Spectral Analysis of the EEG-signal Registered during Anaesthesia Induced by Propofol and Maintained by Fluorinated Inhalation Anaesthetics. Biocybern Biomed Eng 30(1): 55-70

14. Terman D, E Lee, J Rinzel and T. Bem (2011). Stability of anti-phase and in-phase locking by electrical coupling but not fast inhibition alone. SIAM Journal on Applied Dynamical Systems 10,1127-1153.

15. Olejarczyk E, Kaminski M, Marciniak R, Byrczek T, Stasiowski M, Jalowiecki P, Sobieszek A, Zmyslowski W. (2011) Estimation of the propagation and spectral properties of the EEG signals registered during sevoflurane anaesthesia using Directed Transfer Function method. Pol J Med Phys Eng 17(2): 95-104.

16. Olejarczyk E, Jozwik A, Zmyslowski W, Sobieszek A, Marciniak R, Byrczek T, Jalowiecki P, Bem T (2012) Automatic detection and analysis of the EEG sharp wave-slow wave patterns evoked by fluorinated inhalation anesthetics. Clin Neurophysiol 123:1512-22.

17. Vecchiato G, Toppi J, Maglione AG, Olejarczyk E, Astolfi L, Mattia D, Babiloni F. (2014) Neuroelectrical Correlates of Trustworthiness and Dominance Judgments Related to the Observation of Political Candidates. Computational and Mathematical Methods in Medicine 2014: 434296.

18. Meyrand P and T. Bem (2014). Variety of alternative stable phase-locking in networks of electrically coupled relaxation oscillators. PLoS ONE 9(2): e86572.

19. Olejarczyk E, Ostaszewski H, Meyrand P, Bem T (2014) Susceptibility of switching between in-phase and anti-phase patterns in the network of relaxation oscillators. Biocybern Biomed Eng 34(4):250-257.

20. Zappasodi F, Olejarczyk E, Marzetti L, Assenza G, Pizzella V, Tecchio F. (2014) Fractal Dimension of EEG Activity Senses Neuronal Impairment in Acute Stroke. PLoS ONE 9(6): e100199.

21. Zappasodi F, Marzetti L, Olejarczyk E, Tecchio F, Pizzella V. (2015) Age-related changes in brain signal complexity. PLoS ONE 10(11): e0141995.

22. Cottone C, Porcaro C, Cancelli A, Olejarczyk E, Salustri C, Tecchio F. (2015) Neuronal electrical activity as a signature of Brodmann areas. Brain Structure and Function (w recenzji).

23. Olejarczyk E, Marciniak R, Ylinen T, Kamata K, Lipping T, Jalowiecki P, Jäntti V. (2015) Sources of error in EEG-based monitoring of anaesthesia. British Journal of Anaesthesia (w recenzji).

24. Nicole O, Hadzibegovic S, Gajda J, Bontempi B, Bem T, Meyrand P (2015) Soluble amyloid beta oligomers block the learning-induced increase in hippocampal sharp wave-ripple rate and impair spatial memory formation. Scientific Reports 6:22728.

Patenty:

Olejarczyk E, Jóźwik A, Sobieszek A, Jałowiecki P, Marciniak R. Sposób detekcji form iglica-fala wolna występujących synchronicznie w wielokanałowym sygnale cyfrowym, zwłaszcza w sygnale EEG rejestrowanym podczas anestezji wziewnej (zgłoszenie patentowe: BPP/4285/2010).

Finansowanie zewnętrzne:

1. Porozumienie IBIB - CNRS (2011-2016)
2. Projekt Technologie Informacyjne: badania i ich interdyscyplinarne zastosowania (finansowanie dla doktoranta, 2011-2014)
3. Polsko-Tajwański projekt badawczy: Charakterystyka aktywności kory i hipokampa w trakcie formowania się pamięci u gryzoni (2015-2016)
4. Polsko-włoski projekt badawczy: Complexity measures for prognosis in acute stroke to direct personalized acute intervention (2015)

Słowa kluczowe: aktywność elektryczna mózgu, konsolidacja pamięci, choroba Alzheimera, hipokamp, połączenia funkcjonalne, sieci neuronowe, EEG, przetwarzanie informacji neuronalnej

 

MENU

Kontakt

Instytut Biocybernetyki i Inżynierii Biomedycznej im. Macieja Nałęcza PAN
 adres 002 16px

ul. Ks. Trojdena 4
02-109 Warszawa
POLSKA

 telefon 001 16px (+48) 22 592 59 00
(+48) 22 659 91 43
faks 001 24px

(+48) 22 659 70 30

mail 003 16px Ten adres pocztowy jest chroniony przed spamowaniem. Aby go zobaczyć, konieczne jest włączenie w przeglądarce obsługi JavaScript.
NIP:

 525-00-09-453

REGON: 000570832
lokalizacja 003 24px

MAPA

Nagrody naukowe


Instytut Biocybernetyki i Inżynierii Biomedycznej im. Macieja Nałęcza PAN, ul. Ks. Trojdena 4, 02-109 Warszawa
E-mail:Ten adres pocztowy jest chroniony przed spamowaniem. Aby go zobaczyć, konieczne jest włączenie w przeglądarce obsługi JavaScript.; Telefon: (+48) 22 592 59 00; Fax: (+48) 22 659 70 30
Copyright(c) 2016 IBIB PAN
Wszelkie prawa zastrzeżone