Мировой уровень

Директор и главный научный сотрудник Международного центра нейроэкономики и когнитивных исследований

Об интернациональном составе сотрудников, благотворной роли международной академической мобильности, междисциплинарном подходе к решению проблем и репрезентации образа денег в человеческом мозге рассказывает директор и главный научный сотрудник центра Анна Шестакова.

Как, когда и при каких обстоятельствах создавался Международный центр нейроэкономики и когнитивных исследований?

Международный центр нейроэкономики и когнитивных исследований (ЦНИКИ) возник в 2014 году по инициативе Ярослава Кузьминова, когда в Высшую школу экономики был приглашен новый декан факультета психологии Василий Ключарев и целая команда молодых и амбициозных нейроученых – специалистов в различных аспектах когнитивных нейронаук – от вычислительных до теоретических: профессор Юрий Штыров (Университет Орхуса, Дания), профессор Борис Гуткин (Высшая нормальная школа, Париж, Франция) и профессор Вадим Никулин (Институт Макса Планка, Лейпциг, Германия). Именно тогда и появился наш центр с научными группами когнитивного контроля, коммуникации и восприятия; теоретических нейронаук, а также нейроэкономики, в которой я и работаю.

Все вместе мы были давно знакомы по серии европейских образовательных проектов «Эразмус» в области нейронаук и нейротехнологий на базе ведущих мировых и российских нейронаучных центров. Мне выпала честь работать вместе с коллегами с самого начала становления центра, который три года назад перерос в Институт когнитивных нейронаук (ИКН).

После открытия центра в первые же годы к нам присоединились профессор Алексей Осадчий (выпускник Университета Южной Калифорнии), возглавивший направление нейрокартирования, и профессор Маттео Феурра (перешел к нам из Университетского колледжа Лондона), сконцентрировавшийся на развитии подходов неинвазивной стимуляции мозга и активного нейрокартирования и моторного контроля.

Помимо Центра нейроэкономики и когнитивных исследований сегодня в институт входят две мегагрант-лаборатории: Центр биоэлектрических интерфейсов под руководством Алексея Осадчего и Михаила Лебедева (Сколтех) и Международная лаборатория социальной нейробиологии под руководством Василия Андреевича Ключарева и Ииро Яскелайнена (Iiro Jääskeläinen; Университет Аалто, Финляндия). Эта большая команда и создала наш институт.

Как формировался состав ведущих ученых? Расскажите о вашем знакомстве и совместной работе с зарубежными коллегами – ныне ведущими научными сотрудниками центра.

Нужно отметить, что в центре, который сейчас насчитывает более 50 человек, около трети сотрудников – иностранные ученые. Высокая международная мобильность, чрезвычайно важная для «перекрестного опыления» научными идеями, также обеспечивается за счет привлечения молодых профессоров по программе международного рекрутинга ВШЭ (International Faculty Recruitment). Сравнительно недавно по этой программе в связи с открытием совместной МГППУ – ВШЭ лаборатории по магнитоэнцефалографическому нейрокартированию к нам присоединился профессор Томмасо Феделе (перешел к нам на работу из Института Макса Планка, Берлин, Германия), активно развивающий направление предоперационного картирования мозга. Все же основной костяк центра составляют талантливые экспаты, которым было интересно поучаствовать в создании первого российского когнитивного центра мирового уровня.

Кстати, со многими коллегами мы много лет работали в Университете Хельсинки (Финляндия) у выдающегося финского профессора в области когнитивных наук Ристо Наатанена (Risto Näätänen). Знаменитый Cognitive Brain Research Unit (CBRU) был несколько десятилетий и остается сейчас одним из крупнейших центров когнитивных нейронаук по обе стороны океана и стал своего рода прототипом нашего центра. Василий Ключарев тоже долго работал в Университете Аалто в лаборатории еще одного знаменитого когнитивного психолога Микко Самса (Mikko Sams). В 2000-х научная жизнь в Хельсинки кипела: мы постоянно общались и реализовали немало интересных совместных проектов за более чем 20 лет, первые из которых были задуманы еще в Финляндии. Знания и научные связи, приобретенные в Хельсинки, до сих пор помогают мне в моей профессиональной жизни, в том числе привлекать выдающихся зарубежных коллег-ученых к совместной работе с нашим центром.

Помимо профессоров и лидеров групп (PI-сотрудников (principle investigator)), в центре также работают молодые постдоки, которые являются драйверами многих научных проектов. Многие из них также приехали к нам из-за рубежа: Италии, Испании, Японии, Греции и даже Австралии. Так что язык общения в центре с самого начала английский.

Центр позиционирует себя как междисциплинарную структуру, охватывающую несколько научных направлений. Какие это направления и что они собой представляют?

Когнитивная нейробиология по сути междисциплинарна. Нейробиологию речи мы изучаем совместно с психологами и лингвистами, нейробиологию принятия решений – вместе с экономистами, а математическую нейробиологию – совместно с математиками и инженерами и т.д. Сегодня в центре уже семь научных групп, а научных направлений, разумеется, в разы больше: принятие решений, билингвизм, обучение и нейропластичность, память, восприятие, воплощенное восприятие, когнитивный и моторный контроль, исследование движения в норме и патологии, изучение системы зеркальных нейронов, нейромоделирование и многое другое.

В центре активно занимаются прикладными проблемами нейронаук – от нейрореабилитации пациентов с инсультом, предоперационного нейрокартирования до новейших алгоритмов нейровизуализации и нейромаркетинга. Такие проекты требуют взаимодействия с врачами, учеными и даже коммерческими компаниями.

Было бы интересно посвятить отдельные публикации каждой из групп, так как рассказать сразу обо всех представляется сложным. Важно, что ученые разных групп – психологи, биологи, лингвисты, математики, физики, инженеры, экономисты – сотрудничают между собой в фундаментальных и прикладных проектах, а также участвуют в совместных проектах с другими лабораториями и центрами ВШЭ. К примеру, наши ученые активно сотрудничают с Центром языка и мозга профессора Ольги Викторовны Драгой, департаментом психологии (руководитель Мария Фаликман), факультетом компьютерных наук (руководитель – профессор Иван Аржанцев) и многими другими. К примеру, талантливый аспирант группы нейроэкономики Марио Мартинез-Саито совместно с руководителем Международной лаборатории экспериментальной и поведенческой экономики Алексеем Беляниным, в группе нейроэкономики моделирует поведение человека при принятии им решений в различных рыночных ситуациях, отличающихся конкуренцией покупателей или продавцов. Построение моделей и их исследование является частью большого проекта групп нейромоделирования, нейроэкономики и международной лаборатории А.В. Белянина по исследованию нейрональных механизмов формирования цены в различных ситуациях экономической конкуренции. В уже опубликованной работе Марио (Martinez-Saito et al., 2019) показана роль дирекционального обучения (directional learning). Интересно, что традиционно применяемая к моделированию подобных аукционов RL-модель (reinforcement learning – обучение с подкреплением) менее точно описывает полученные нами поведенческие результаты. В этой же работе методом фМРТ показана роль разных участков коры – задней части париетальной и префронтальной, а также дофаминергической системы, отвечающей за принятие решений, в поведенческой адаптации в разных ситуациях экономической конкуренции.

Еще одним интересным примером ультрамеждисциплинарного подхода к решению нейрокогнитивных проблем является проект по исследованию когнитивных нарушений у детей, больных редким врожденным заболеванием, при котором отсутствуют мышцы, обеспечивающие поднятие руки, – артрогрипозом. Оказывается, что после аутотрансплантации, которую в Центре им. Турнера в Пушкине под Санкт-Петербургом проводят волшебники-хирурги, у детей не только появляются необходимые двигательные навыки, но и улучшаются речь и успеваемость. Изучению и наблюдению за нейропластичностью, связанной с успешной абилитацией пациентов с артрогрипозом, посвящена совместная работа лингвистов, психологов, инженеров, биологов, математиков и врачей – в этот проект (руководитель Ииро Яскелайнен), поддержанный РНФ, вовлечены почти все группы нашего центра. В результате его выполнения мы надеемся разработать успешные методы нейрокартирования и абилитации совсем юных пациентов.

Какие методы и оборудование вы используете в своей работе?

Тех больших успехов – высокоимпактных публикаций, международных проектов и программ, о которых мы с вами говорим, – центр добился не в последнюю очередь благодаря наличию ультрасовременного оборудования для проведения нейроэкспериментов. На сегодняшний день инфраструктура Центра нейроэкономики, признанная как Уникальная научная установка (УНУ), включает в себя новейшее оборудование для нейрокартирования мозга человека, к примеру новейший комплекс т.н. активного нейрокартирования, включающий ультрасовременные роботизированные, мозг-навигируемые установки транскраниальной магнитной стимуляции (ТМС) Nexstim и MagVenture. Помимо ТМС, нами активно используются системы транскраниальной электрической стимуляции (ТЭС) (BrainStim, StarStim).

Акцент на развитии ТМС И ТЭС был сделан не случайно: Маттео Феурра – специалист мирового уровня в области исследования зеркальных нейронов и соизобретатель метода ТЭС переменным током – transcranial alternating current stimulation (tACS). Талантливый молодой клиницист Мария Назарова из научной группы нейродинамики под руководством Вадима Никулина расширила спектр исследований методом мозг-навигируемой ТМС за счет проведения клинических исследований, особенно в области изучения т.н. «молодого» инсульта. Хочется отметить ее совместные работы с Павлом Новиковым в области разработки технологий ТМС-ЭЭГ-интегрированного подхода к нейрокартированию, позволяющих повысить точность локализации мозговых источников сенсомоторной активности.

Для т.н. пассивного картирования нейродинамики мозговой деятельности УНУ также оснащена современными энцефалографами (Brain Products, NVX-136, NeuroOne и др.) с возможностью интеграции с ТМС, а также полиграфическими устройствами, оборудованными датчики дыхания, частоты сердечных сокращений, кожно-гальванической реакции, температуры, акселерометрами. Мы специализируемся в области окулографии. Для этого системами регистрации движения глаз SMI REDm и Eyelink 1000+ оборудованы современные eye-tracking-лаборатории. Также мы укомплектованы VR-системами, которые мы планируем использовать в исследованиях дополненной реальности.

Оборудование УНУ позволяет добиться комплексного подхода к исследованию мозга с целью реконструкции источника нейрональной активности, используя многомерный сигнал, полученный в результате неинвазивных измерений на поверхности головы или даже на расстоянии от нее, т.е. бесконтактно (как в случае магнитоэнцефалографии (МЭГ) или магнитно-резонансной томографии (фМРТ)). Благодаря открытию совместной лаборатории с центром МЭГ-картирования МГППУ, обладающим единственным в России 306-канальным магнитоэнцефалографом (Elekta Neuromag), мы активно развиваем направление МЭГ-картирования в нейрокогнитивных исследованиях.

В фМРТ-исследованиях мы сотрудничаем с Научным центром неврологии (руководитель – академик РАН, профессор, д.м.н. Михаил Пирадов), новосибирским Международным томографическим центром РАН (МТЦ СО РАН) и другими центрами. Недавно в рамках программы научных центров мирового уровня (НЦМУ) мы приобрели передовую NIRSout установку оптического томографического имиджинга, работа которой основана на методе функциональной спектроскопии инфракрасного света – портативный аналог фМРТ-картирования, и уже проводим первые пилотные исследования вместе с коллегами из НЦМУ.

Важно отметить, что для каждого прибора или установки ЦНИКИ в НИУ ВШЭ оборудовано специальное помещение – звуко-, светонепроницаемые и/или электромагнитно изолированные. Вместе лаборатории ЦНИКИ и других подразделений департамента психологии, Лаборатории социальной нейробиологии, Центра биоэлектрических интерфейсов и Центра языка и мозга составили большой научный кластер по направлению когнитивных наук в здании в Кривоколенном, 3.

Поделитесь самыми любопытными результатами исследований сотрудников центра.

Так как деятельность сотрудников ЦНИКИ достаточно обширна, и каждая группа является мини международной лабораторией, думаю, что читателям «Окон роста» будет интересно узнать об открытиях каждой группы отдельно. К слову сказать, заметки с результатами исследований ученых центра с завидной регулярностью появляются на портале научных новостей ВШЭ.

Позволю себе сосредоточиться на результатах группы нейроэкономики. Нейроэкономика сама по себе является междисциплинарной отраслью, интегрирующей знания поведенческой экономики и микроэкономики, биологии, психологии, социологии, нейромоделирования и проч. Совсем недавно мы провели нейроэкономическое исследование, изучающее нейропластичность слуховой системы, вызванную потерей определенной суммы денег: чем больше ожидаемая потеря – тем больше активность мозга, связанная со звуком, ее сигнализирующим. Что самое интересное – меняется обработка этого звука в мозге, происходят пластические изменения в слуховой коре. Мы уже успели опубликовать эти любопытные результаты (Gorin et al., Scientific Reports, 2020).

Помните песню Лайзы Минелли про деньги и их звенящий звук?

Согласно нашим лабораторным результатам, принятие решений в рискованных ситуациях глубоко отпечатывается на нейронном субстрате уже на уровне обработки внешней информации. Являясь совершенно логичным с точки зрения нейробиологии, данное наблюдение – новаторское с точки зрения современной теории принятия решений.

Занимаясь исследованиями в мэйнстриме нейроэкономики в Высшей школе экономики вместе с Василием Ключаревым и Алексеем Гориным, талантливым аспирантом группы нейроэкономики, мы обнаружили, что никто до нас не задумался о том, что наши так называемые образы денег у нас в мозгу, по-научному – репрезентации, могут претерпевать изменения при многократном обращении к ним в зависимости от того, большой или не очень выигрыш (или проигрыш). Иными словами, мозг игрока гораздо энергичнее будет реагировать на звон монет в казино, если выигрыш большой.

Какие точки профессионального соприкосновения связывают вас с вашими партнерами в России и за рубежом? Какие проекты удалось совместно реализовать?

Большинство проектов осуществляются в сотрудничестве с зарубежными партнерами – границ практически не существует, у нас достаточно высокая мобильность. Конечно, она ограничена COVID-19, но она не прекращается и сейчас. О количестве проектов говорит количество публикаций сотрудников ЦНИКИ в сотрудничестве с иностранными партнерами в высокоимпактных журналах за 7 лет: мы тесно сотрудничаем с Высшей нормальной школой в Париже, Нортумбрийским университетом, Университетом Орхуса, Институтом Макса Планка в Лейпциге, Университетом Аалто и Университетом Хельсинки (Финляндия) и многими другими институтами и университетами.

Вот только несколько работ, анонсы которых привлекли внимание новостного портала ВШЭ. “Multimodal Assessment of the Motor System in Patients With Chronic Ischemic Stroke” (Nazarova et al., 2021) – работа молодого к.м.н. Марии Назаровой (ВШЭ), выполненная под руководством профессора Вадима Никулина совместно с пермским кампусом ВШЭ и НЦН, посвященная мультимодальному нейроисследованию особенностей моторной системы пациентов после инсульта. Эта чрезвычайно актуальная работа опубликована в престижном журнале Stroke (IF=7), популярном не только среди ученых, но и среди врачей.

Мне кажется очень важной и интересной работа по исследованию когнитивного диссонанса (КД), выполненная в сотрудничестве между двумя группами – нейроэкономики и нейродинамики: работа Марко Колосио и соавторов (Colosio et al., 2017), опубликованная в JNeurosci (IF=6), указывает на то, что в основе хорошо известного феномена когнитивного диссонанса, описанного более 70 лет назад выдающимся психологом Леоном Фестингером, лежит психофизиологический процесс, протекающий в цингулярной коре мозга. Когнитивный диссонанс возникает, например, когда мы принимаем сложные решения и пытаемся снизить дискомфорт, переоценивая важность отвергнутых нами альтернатив. Оказывается, что в основе такого процесса могут лежать фундаментальные нейрофизиологические процессы обучения и контроля результативности нашей деятельности. Под руководством Юрия Штырова и Андрея Мячикова проводятся исследования нейробиологических механизмов воплощенного восприятия (embodied cognition) – в серии работ Николы Вуковича (постдока 2014–2017 годов, который теперь работает в UCSF), содержатся доказательства в пользу «воплощенного» характера когнитивных процессов высокого порядка, таких как речь. Под «воплощением» подразумевается, что т.н. «высокоуровневые» процессы включают в себя «низкоуровневую» обработку в сенсомоторных системах, происходящую вследствие взаимодействия между организмом и окружающей средой (Vukovic and Shtyrov, NeuroImage, 2017; Vukovic et al., 2017, Neuropsychologia).

Расскажите о вашей образовательной деятельности.

Через год после открытия центра совместно с департаментом психологии мы разработали и внедрили англоязычную образовательную программу по когнитивным наукам и нейротехнологиям, куда привлекли в качестве преподавателей ведущих психологов Вышки – Игоря Уточкина, Елену Горбунову, Уильяма Макиннеса, Мари Арсалиду и многих других. Вместе мы создали современный междисциплинарный научный продукт – исследовательски ориентированную магистерскую программу с перспективой прямого трека в аспирантуру. Это новое направление сквозного трека поддержано и ВШЭ, и европейской программой «Эразмус», лидером новых трендов в образовательных технологиях. С практической точки зрения это очень продуктивная идея – начать научный проект в магистратуре, заложив научный фундамент диссертации на соискание PhD, продолжить работу в аспирантуре, эффективно используя время, которого всегда не хватает, для публикации результатов в высокорейтинговых журналах Q1 и Q2. Со стороны EU в программе сквозного трека и, кстати, двойных дипломов в области теоретических нейронаук нас поддержали наши коллеги из Высшей нормальной школы – профессор Этьен Кеклен (Etienne Koechlin) – директор Лаборатории когнитивных нейронаук (Laboratoire des Neurosciences Cognitives Computationnelles, LNS) и профессор Борис С. Гуткин, (руководитель групп математического моделирования LNS, Paris и ЦНИКИ, ВШЭ). Вместе мы также участвуем в программе национальных центров мирового уровня по проекту междисциплинарных исследований человеческого потенциала.

Какие планы ставит перед собой центр в перспективе ближайших лет?

Планов у центра много, но они претерпевают некоторые изменения в зависимости от финансирования – того, какие гранты мы выигрываем или контракты получаем.

Большие надежды мы связываем с совместным проектом к.м.н. Марии Назаровой и профессора Вадима Никулина с группой биомедицинской инженерии и вычислительных наук Университета Аалто (руководитель – профессор Ристо Илмониеми) по созданию ТМС нового поколения – так называемых multicoil-устройств, которые в будущем позволят осуществлять еще более тонкую временную и пространственную настройку стимуляции мозга. Мария Назарова и ее коллега Павел Новиков проводят не первый сезон в Хельсинки, проводя пилотные эксперименты по ТМС-нейрокартированию с использованием уникального multicoil-прототипа, разработанного финскими коллегами. Совместно с группой математического моделирования (руководитель Борис С. Гуткин) и Лабораторией когнитивных нейронаук (Laboratoire des Neurosciences Cognitives Computationnelles) Высшей нормальной школы в Париже (руководитель Этьен Кеклен) активно развивается проект по изучению роли префронтальной коры при принятии решения в ситуации неопределенности и формировании стратегии поведения. Его драйверами являются аспирант Ануш Гамбарян и недавно получившая степень PhD в НИУ ВШЭ Оксана Зинченко. Этьен Кеклен является мировым лидером в исследовании функций лобной коры (Koechlin, Phil. Trans. Royal. Soc., 2014).

В заключение добавлю: когда я была еще зеленым аспирантом, то мой профессор Ристо Наатанен, говоря о научных открытиях со своими коллегами, любил повторять, что мы должны поймать «большую рыбу» (big fish), т.е. получить значимые научные результаты (и опубликовать их в высокоимпактном издании), – вот это и будет удача и закономерность научной работы центра мирового уровня. И мы над этим работаем.

27 декабря, 2021 г.