Groupe de recherche

Groupe de neurodéveloppement et de neurophysiologie

Nous développons un framework informatique qui pourrait être utilisé par les chercheurs pour construire des modèles spatiaux dynamiques de croissance et d’organisation des tissus neuronaux, ainsi que de dynamique de stimulus de base.

Notre framework intègre les caractéristiques manquantes d’autres modèles de réseaux neuronaux biologiques existants, y compris la possibilité de retracer le sort d’une cellule individuelle dans le système au fur et à mesure de son développement, d’enregistrer les changements d’un grand nombre de différents paramètres biologiquement pertinents et de décrire le comportement de la population cellulaire dans son ensemble. L’approche Biological Cellular Neural Network Modeling (BCNNM) utilise une description de prédicats de séquences de réactions biochimiques et peut être utilisée pour exécuter des modèles complexes de formation de réseaux neuronaux multicouches à partir d'un nombre limité de cellules souches. Une simulation récapitule les événements cellulaires cruciaux dans le développement du système nerveux. Le framework BCNNM est implémenté sur la base des principes de la modélisation dynamique avec la possibilité de description de processus probabilistes. Les mécanismes biologiques peuvent être caractérisés de manière exhaustive et les utilisateurs peuvent choisir le détail désiré pour les processus décrits (des changements dans les concentrations d’enzymes intracellulaires aux interactions des groupes cellulaires formant des structures multicellulaires de haut niveau). Nous pouvons construire des structures avec des connexions éparses et spécifiques, créer des modèles de conduction du signal au sein de ces structures, et révéler des particularités de leur travail.

Le framework peut être utilisé pour la réplication approfondie en silice d’expériences in vitro visant à obtenir des ensembles exhaustifs de mesures de tous les composants clés (les cellules, leurs compartiments, les synapses, etc.), fournissant de nouvelles données pour la recherche neuronale. Les tests informatiques préliminaires de nouvelles hypothèses sont une autre application importante qui permettra de réduire le coût des installations d’expériences de laboratoire et d’accélérer le pipeline de recherche.

Sujets de recherche :

  • Étude des premiers stades de la neurogenèse : régulation de la prolifération et de la différenciation des cellules précurseurs neurales en types de cellules matures ; établissement de ratios de types de cellules matures « saines ».
  • Expérimentation des derniers stades de la neurogenèse : migration et lamination des cellules dans le cortex, formation de réseaux.
  • Modélisation du développement et des processus cellulaires chez les organoïdes cérébraux – agrégats 3D complexes in vitro des cellules cérébrales.
  • Neurogenèse post-traumatique.

Le projet a été lancé en décembre 2013. Depuis mai 2014, il opère dans le cadre de JetBrains Research.

Modèle de développement organoïde cérébral

Nous introduisons le framework BCNNM : un framework de modélisation discret du système d’événements (DES) pour les simulations spatiales de tissus neuronaux. Il comprend un ensemble de mécanismes cellulaires de base : diffusion chimique, prolifération cellulaire, migration et mort cellulaire. Tous les modèles sont configurés en externe. Le BCNNM peut être exécuté sur n’importe quelle plateforme supportant Java : Windows, Linux, OSX entre autres. Il est capable de simuler des milliers de cellules en quelques minutes, même sur un ordinateur portable. Nous développons le framework BCNNM dans le but d’aider les communautés scientifiques et industrielles dans l’effort de démêler les comportements complexes des cellules neurales dans divers micro-environnements.

Membres du groupe

Dmitry Bozhko
Dmitry Bozhko
Chef de laboratoire/groupe de recherche
George Galumov
George Galumov
Chercheur
Alex Polovian
Alex Polovian
Chercheur
Vladislav Myrov
Vladislav Myrov
Chercheur
Sofia Kolchanova
Sofia Kolchanova
Chercheur
Victoria Stelmakh
Victoria Stelmakh
Biologiste