Общеинститутская лаборатория фундаментальных когнитивных исследований

Общеинститутская лаборатория фундаментальных когнитивных исследований

Общеинститутская лаборатория фундаментальных когнитивных исследований

Направления исследований:

разработка радиофизических моделей нейроподобной активности от отдельных нейронов до подсистем мозга;
реконструкция математических моделей и идентификация систем — уравнений нейронов, нейроосцилляторов, генераторов нейроподобной активности по экспериментальным сигналам мозга;
выявление направленных взаимодействий в мозге методами нелинейной динамики и теории информации по экспериментальным данным.

Грантовое финансирование последних лет:

«Математическое и радиофизическое моделирование эпилептической активности мозга сложными сетями нейроосцилляторов», грант РНФ, проект №19-72-10030, 2019-2022, продление 2022-2024, руководитель Сысоев И.В.
«Моделирование переходной динамики между метастабильными состояниями мозга», грант РНФ, проект №21-72-00015, 2021-2023, руководитель Сысоева М.В.
«Построение радиофизических моделей нейронов с различными нелинейными функциями», грант для ведущих учёных на открытие аспирантских позиций от научного центра «Идея», 2022-2026, руководитель Сысоев И.В., аспирант Такаишвили Л.В.
«Построение математической модели физиологических состояний таламокортикальной системы головного мозга», грант РНФ, проект №25-25-00219, 2025-2026, руководитель Сысоева М.В.
«Динамика взаимодействий в головном мозге при развитии приступов лимбической эпилепсии», грант для ведущих учёных на открытие аспирантских позиций от научного центра «Идея», 2025-2029, руководитель Сысоева М.В., аспирант Капустников А.А.

Научные достижения последних лет:

Разработаны новые методы реконструкции уравнений по временным рядам для некоторых классов объектов: систем ОДУ второго порядка (обобщения осциллятора ван дер Поля), систем ОДУ третьего порядка, полученных обобщением уравнений системы фазовой автоподстройки частоты с фильтром второго порядка, дифференциальных уравнений первого порядка с запаздыванием, а также ансамблей таких систем. В том числе получены результаты по реконструкции моделей по экспериментальным временным рядам радиотехнических генераторов и их ансамблей.
Разработаны и исследованы несколько новых радиотехнических моделей нейронов и нейронных сетей (генераторов нейроподобной активности, построенных в виде сетей нейронов), в том числе натурных. Исследованы различные режимы поведения в сетях таких систем, в том числе хаотические и сложные длинные переходные процессы.
Построены сетевые модели эпилептиформной активности для двух форм эпилепсии: абсансной и лимбической. В этих моделях удалось воспроизвести многие характеристики экспериментальных сигналов: спектр, форму колебаний, частоты, длительность приступа, распределение межразрядных интервалов, динамику связанности при начале, поддержании и окончании приступа. Удалось смоделировать эффекты лечебных воздействий как электрофизиологических, так и фармакологических.
Исследован ряд переходных режимов (длинных переходных процессов) в больших ансамблях модельных нейронов. Показано, что такие безаттракторные колебательные режимы могут быть типичными, существуют в значительной области пространства параметров, устойчивы к малым изменениям структуры сети, начальных условий и параметров. Получены первоначальные результаты в области качественного исследования механизмов генерации данных режимов.

Основные научные публикации за последние годы:

Грищенко А.А., Сысоева М.В., Сысоев И.В. Определение основного временного масштаба эволюции информационных свойств сигнала локальных потенциалов мозга при абсансной эпилепсии. Известия вузов. Прикладная нелинейная динамика. 2020. Т.28(1). С.98-110. DOI: 10.18500/0869-6632-2020-28-1-98-110. (WOS:000529306700008; Scopus: 2-s2.0-85081554975; Q3)
Medvedeva T.M., Lüttjohann A.K., Sysoeva M.V., van Luijtelaar G., Sysoev I.V. Estimating complexity of spike-wave discharges with largest Lyapunov exponent in computational models and experimental data. AIMS Biophysics. 2020. V.7(2). P.65-75. DOI: 10.3934/BIOPHY.2020006 (WOS:000535774000001; Scopus:2-s2.0-85086849880; Q3)
Sysoev I.V., Sysoeva M.V., Ponomarenko V.I., Prokhorov M.D. Neuron-like dynamics in a phase-locked loop system with delayed feedback. Technical Physics Letters. 2020. V.46(7). P.710-712. DOI: 10.1134/S1063785020070287 (RSCI, WOS:000565203300023; Scopus:2-s2.0-85090031255; Q3)
Сысоева М.В., Сысоев И.В., Пономаренко В.И., Прохоров М.Д. Реконструкция уравнений нейроподобного осциллятора, моделируемого системой фазовой автоподстройки частоты с запаздыванием, по скалярному временному ряду. Известия вузов. Прикладная нелинейная динамика. 2020. Т.28(4). С.397-413. DOI: 10.18500/0869-6632-2020-28-4-397-413 (RSCI, WOS:000588476000006; Scopus:2-s2.0-85090897105; Q3)
Medvedeva T.M., Sysoeva M.V., Lüttjohann A., van Luijtelaar G., Sysoev I.V. Dynamical mesoscale model of absence seizures in genetic models. PLoS ONE. 2020. V.15(9). e0239125. DOI: 10.1371/journal.pone.0239125 (WOS:000576632300014; Scopus:2-s2.0-85092348740; Q1)
Grishchenko A.A., Sysoeva M.V., Medvedeva T.M., van Rijn C.M., Bezruchko B.P., Sysoev I.V. Comparison of approaches to directed connectivity detection in application to spike-wave discharge study. Cybernetics and Physics. 2020. V.9(2). P.86-97. DOI: 10.35470/2226-4116-2020-9-2-86-97 (RSCI, Scopus:2-s2.0-8509186614; Q3)
Капустников А.А., Сысоева М.В., Сысоев И.В. Моделирование пик-волновых разрядов в мозге малыми сетями нейроосцилляторов. Математическая биология и биоинформатика. 2020. Т.15(2). С.138-147. DOI: 10.17537/2020.15.138. (RSCI, Scopus: 2-s2.0-85092523764; Q4)
Egorov N.M., Ponomarenko V.I., Sysoev I.V., Sysoeva M.V. Simulation of epileptiform activity in network of neuron-like electronic oscillators. Technical Physics. 2021. V.66(3). P.505-514. DOI: 10.1134/S1063784221030063 (RSCI, WOS:000637792200020, Scopus:2-s2.0-85103999805, Q3)
Егоров Н.М., Пономаренко В.И., Мельникова С.Н., Сысоев И.В., Сысоева М.В. Общность механизмов генерации пик-волновой активности в радиотехнических моделях с различным числом элементов и различной структурой связей. Известия вузов. Прикладная нелинейная динамика. 2021. T.29(6). C.927-942. DOI: 10.18500/0869-6632-2021-29-6-927-942 (RSCI, WOS:000752854100018, Scopus:2-s2.0-85120558364, Q3)
Sysoeva M.V., Sysoev I.V., Prokhorov M.D., Ponomarenko V.I., Bezruchko B.P. Reconstruction of coupling structure in network of neuron-like oscillators based on a phase-locked loop. Chaos, Solitons and Fractals. 2021. V.142. 110513. DOI: 10.1016/j.chaos.2020.11051 (WOS:000629622200090, Scopus:2-s2.0-85097084847; Q1)
Kapustnikov A.A., Sysoeva M.V., Sysoev I.V. Transient dynamics in a class of mathematical models of epileptic seizures. Communications in Nonlinear Science and Numerical Simulation. 2022. V.109. 106284. DOI: 10.1016/j.cnsns.2022.106284 (WOS:000821435500009, Scopus:2-s2.0-85124166245, Q1)
Egorov N.M., Kulminskiy D.D., Sysoev I.V., Ponomarenko V.I., Sysoeva M.V. Transient dynamics in electronic neuron-like circuits in application to modeling epileptic seizures. Nonlinear Dynamics. 2022. DOI: 10.1007/s11071-022-07379-6 (WOS:000773862200002, Scopus:2-s2.0-85127256650, Q1)
Egorov N.M., Sysoev I.V., Ponomarenko V.I., Sysoeva M.V. Complex regimes in electronic neuron-like oscillators with sigmoid coupling. Chaos, Solitons & Fractals. 2022. V.160. 112171. DOI: 10.1016/j.chaos.2022.112171. (WOS:000629622200090; Scopus:2-s2.0-85130344893; Q1)
Сысоева М.В., Корнилов М.В., Такаишвили Л.В., Матросов В.В., Сысоев И.В. Реконструкция интегрированных уравнений системы фазовой автоподстройки частоты под периодическим внешним воздействием по скалярному временному ряду. Известия вузов. Прикладная нелинейная динамика. 2022. Т.30(4). С.391-410. DOI: 10.18500/0869-6632-2022-30-4-391-410. (RSCI; WOS:000836400800001; Scopus: 2-s2.0-85137360084; Q3)
Dolinina A.Yu., van Rijn C.M., Sysoeva M.V., Sysoev I.V. Detection of spike-wave discharge restarts in genetic rat model based on frequency dynamics. Cybernetics and Physics. 2022. V.11(3). P.121-130. DOI: 10.35470/2226-4116-2022-11-3-121-130. (RSCI; Scopus: 2-s2.0-85142223944; Q3)
Егоров Н.М., Сысоева М.В., Пономаренко В.И., Корнилов М.В., Сысоев И.В. Кольцевой генератор нейроподобной активности с перестраиваемой частотой. Известия вузов. Прикладная нелинейная динамика. 2023. T.31(1). С.103-120. DOI: 10.18500/0869-6632-003025. (RSCI; WOS:000928191000008; Scopus: 2-s2.0-85147306481; Q3)
Sysoeva M.V., Kuznetsova G.D., Sysoev I.V., Ngomba R.T., Vinogradova L.V., Grishchenko A.A., van Rijn C.M., van Luijtelaar G. Network analysis reveals a role of the hippocampus in absence seizures: The effects of a cannabinoid agonist. Epilepsy Research. 2023. V. 192. 107135. DOI: 10.1016/j.eplepsyres.2023.107135. (WOS:000979749600001; Scopus:2-s2.0-85151572722; Q2)
Medvedeva T.M., Sysoeva M.V., Sysoev I.V., Vinogradova L.V. Intracortical functional connectivity dynamics induced by reflex seizures. Experimental Neurology. 2023. V. 368, 114480. DOI: 10.1016/j.expneurol.2023.114480. (WOS:001043162300001; Scopus:2-s2.0-85166023188; Q1)
Dolinina A.Yu., Sysoeva M.V., van Rijn C.M., Sysoev I.V. Frequency Synchronization Reveals that Spike-Wave Discharges in WAG/RIJ rats are Significantly Nonlinear Phenomenon. Journal of Biological Systems. 2024. V.32(1). P.239-250. DOI: 10.1142/S0218339024500098. (WOS:001141862000002; Scopus: 2-s2.0-85182561480; Q2)
Kapustnikov A.A., Sysoeva M.V., Sysoev I.V. Universal Transient Dynamics in Oscillatory Network Models of Epileptic Seizures. Regular and Chaotic Dynamics. 2024. V.29(1). P.190-204. DOI: 10.1134/S156035472401012X. (WOS:001180406800002; Scopus: 2-s2.0-85187164580; Q2)
Egorov N.M., Sysoeva M.V., Kornilov M.V.,·Ponomarenko V.I., Sysoev I.V. Hardware implementation of the ring generator with tunable frequency based on electronic neurons. Nonlinear Dynamics. 2024. DOI: 10.1007/s11071-024-09671-z. (WOS:001230122400005; Scopus: 2-s2.0-85193998128; Q1)
Корнилов М.В., Капустников А.А., Созонов Е.А., Сысоева М.В., Сысоев И.В. Режимы синхронизации в кольце нейронов гиппокампа грызунов при лимбической эпилепсии. Известия вузов. Прикладная нелинейная динамика. 2024. T. 32, № 3. С. 357-375. DOI: 10.18500/0869-6632-003113. (WOS:001254090800006; 2-s2.0-85196397015; Q3)