Laboratorul de Stiinta Retelelor | Maria Ercsey-Ravasz | TINS
English | Română

Înțelegerea disfuncțiilor circuitelor cerebrale în ambliopie folosind înregistrări multimodale de scară largă într-o sarcină nouă vizuomotorie aplicată la animale și pacienți


Finanțare: cod proiect ERANET-NEURON-2-UnscrAMBLY, finanțat prin contract Nr. 282/2022 de la Bugetul de Stat al României: Programul Național de Cercetare Dezvoltare și Inovare III, administrat de Ministerul Cercetării și Inovării, prin Unitatea Executivă pentru Finanțarea Învățământului Superior, a Cercetării Dezvoltării și Inovării (UEFISCDI).

Rezumat

Ne propunem să stabilim rolul procesării predictive în tulburările de neurodezvoltare, în special într-unul dintre cele mai studiate contexte, ambliopia. Utilizăm o nouă sarcină de feedback vizuomotor la speciile preclinice cu acuitate vizuală înaltă - pisici -, rozătoare și oameni în timpul înregistrării activității la scară largă prin cele mai bune metode disponibile (imagistică funcțională cu ultrasunete care ating o adâncime de 4 cm, imagistică la mezoscară cu doi fotoni, hdEEG) pentru 1) identificarea regiunilor cerebrale implicate în predicția vizuomotorie la subiecții normali, 2) determinarea efectului ambliopiei asupra tiparelor de activitate legate de predicție, 3) dezvoltarea modelelor de rețele funcționale pentru a deduce care regiuni ale creierului și funcțiile cerebrale asociate sunt restaurate sau rămân perturbate după tratamentul ambliopiei, 4) validarea rezultatelor prin experimente de perturbare optogenetică la șoareci, 5) furnizarea unui biomarker bazat pe EEG cu putere de discriminare mare în cazul vederii normale și în diferite stadii de ambliopie, 6) contribuția la etiologia comparativă a uneia dintre cele mai bine modelate tulburări de neurodezvoltare. Rezultatele noastre pot demonstra puterea discriminatorie a unei sarcini vizuomotorie de sondare a feedback-ului de predicție între subiecții de control și cei ambliopici care prezintă tulburări ale funcției vizuomotorii după ce li s-a restabilit complet acuitatea. Pentru a elucida cauzele acestei nevoi medicale nesatisfăcute, legăm activitatea rețelelor funcționale la scară largă de neurodezvoltare într-un model animal care recapitulează cu fidelitate funcțiile vizuale umane.

Echipa de cercetare

Dr. Mária M. Ercsey-Ravasz, director de proiect.
Dr. Ing. Raul C. Mureșan, cercetător senior.

[Curriculum Vitae]
Dr. Ing. Vlad V. Moca, cercetător senior.
Dr. Ing. Levente Varga, cercetător postdoctoral.
Dr. Botond Molnár, cercetător.
Dr. Ing. Adriana Nagy-Dăbâcan, cercetător postdoctoral.
Harald Bârzan, cercetător doctorand.
Andrei Ciuparu, cercetător doctorand.
Ana Maria Ichim, cercetător doctorand.

Obiective

Obiectivul principal al proiectului este de a oferi o imagine a rețelelor care stau la baza originilor neuronale ale ambliopiei prin valorificarea puterii discriminatorii a unui test de predicție vizuomotorie într-un studiu clinic și fundamental care acoperă șoareci, pisici și oameni. Obiectivul secundar este de a oferi un biomarker aplicabil clinic, cu putere de discriminare ridicată a vederii normale și a diferitelor stadii de ambliopie.

Rezultate așteptate

  • Proiectul va dezvolta o platformă de testare vizuomotorie în subiecți de control și pacienți cu ambliopie.

  • Vom dezvolta noi metode de analiza rețelelor funcționale aplicate pe date de imagistică cu ultrasunete și 2 fotoni și pe date de EEG.

  • Analiza de date va permite și definirea de noi biomarkeri ai ambliopiei.



Membrii consorțiului UnscrAMBLY la întâlnirea consorțiului din Budapesta, ianuarie 2023.



Instalarea sistemului de realitate virtuală pentru pisici, la TTK în Budapesta, ianuarie 2023.



Discuții despre progresul proiectului și activitățile care urmează, ianuarie 2023.



Testarea sistemului de realitate virtuală pentru subiecți umani la TINS.



Pregătirea unui subiect adult pentru sesiunea de test cu EEG și realitate virtuală, noiembrie 2023.



Setarea sistemului de realitate virtuală în combinație cu înregistrarea EEG, noiembrie 2023.



Testarea sistemului de realitate virtuală în combinație cu înregistrarea EEG, noiembrie 2023.



Workshop la TTK cu ocazia instalării sistemului de realitate virtuală pentru oameni, noiembrie 2023.


Rapoarte științifice

  • Raport științific sintetic.
     [pdf]

  • Raport științific final.
     [pdf]


Testimonial

Testimonial:

Ambliopia, sau „ochiul leneș”, este o dereglare a neurodezvoltării sistemului vizual care se manifestă timpuriu dar care, de obicei, este diagnosticată prea târziu când opțiunile de tratament sunt deseori limitate și ineficiente. Estimările arată că, până în anul 2040, aproximativ 200 de milioane de oameni vor suferi de ambliopie. de aceea înțelegerea mecanismelor neuronale implicate este esențială și promite dezvoltarea unor noi tratamente eficiente cu impact mare în societate. Proiectul ERA-NET UnscrAMBLY a reunit echipe de cercetători din Belgia, Norvegia și Ungaria, împreună cu echipa de la Transylvanian Institute of Neuroscience (TINS) din Cluj-Napoca. Scopul principal al proiectului a fost de înțelege disfuncțiile cerebrale din ambliopie utilizând o abordare inovativă care împletește înregistrări multimodale (imagistică cu ultrasunete, cu doi fotoni și EEG) cu o sarcină vizuomotorie nouă. Investigațiile au fost efectuate în copii cu ambliopie și subiecți sănătoși și în modele animale (șoareci și pisici - cu bună acuitate vizuală). Pe parcursul implementării proiectului, rolul echipei TINS a fost acela de a dezvolta tehnici de analiză și echipamente experimentale inovatoare (hardware și software) care să permită investigații complexe asupra mecanismelor neuronale de predicție. Astfel am dezvoltat un tunel de realitate virtuală (VR) pentru pisici și oameni în timp real și infrastructură de eye-tracking pentru pisici care permite mișcarea liberă a capului, ambele esențiale pentru investigațiile propuse. Mai mult, am dezvoltat metode de analiză pentru EEG și rețelele funcționale cu largă aplicabilitate. Aceste metode au fost distribuite partenerilor iar echipamentele experimentale dezvoltate la TINS au fost predate partenerului din Budapesta care desfășoară activitatea experimentală. Echipele implicate au făcut schimb de experiență în ceea ce privește instrumentarea, achiziția și analiza datelor electrofiziologice și de imagistică. Aceste schimburi au contribuit în mod substanțial la finalizarea stagiului doctoral pentru trei membrii ai echipei, având astfel un impact semnificativ asupra carierei lor. Proiectul a consolidat colaborarea pe termen lung cu partenerii externi, vizibilă prin publicații comune și a condus la aplicații pentru noi proiecte comune de cercetare, consolidând astfel colaborările de lungă durată cu parteneri externi.


Diseminare

Articole științifice:


Prezentări la conferințe internaționale:

  • Dan E.L., Moca V.V., Dinsoreanu M., Muresan R.C. (2022), Gaze lateralization bias during free visual exploration of faces. 31st Annual Computational Neuroscience Meeting, CNS*2022, Melbourne, Australia. In press.
     [pdf]

  • Ichim A.M., Barzan H., Moca V.V., Vervaeke K., Muresan R.C. (2022), Blue flicker stimulation enhances gamma rhythms in mouse visual cortex. 31st Annual Computational Neuroscience Meeting, CNS*2022, Melbourne, Australia. In press.
     [pdf]

  • L Varga, B Molnar, VV Moca, L Perez-Cervera, A Diaz-Parra, D Moratal, WH Sommer, RC Muresan, S Canals, M Ercsey-Ravasz. The brain's functional connectivity backbone and the impact of AUD. Oral presentation at ISBRA & ESBRA 2nd World Congress on Alcohol and Alcoholism, 2022 September 17-20, Cracow, Poland. Abstract in: ALCOHOLISM-CLINICAL AND EXPERIMENTAL RESEARCH. 111 RIVER ST, HOBOKEN 07030-5774, NJ USA: WILEY, 2022. Vol. 46, p. 62-63.

  • B. Molnár: Optimal Community Detection in Weighted Directed Networks using Voronoi Diagrams, APS March Meeting 2022, Chicago, IL, USA, 14-18 March 2022, oral presentation

  • Mate Jozsa, Maria Ercsey-Ravasz, Zsolt I. Lazar, Investigating brain wiring by simple statistical models, MECO 47, Erice, Sicily, June 12-16 2022, poster

  • Ercsey-Ravasz M. (2023), „Modeling the inter-areal cortical network based on a distance rule: from the mouse to the macaque”, International School and Conference on Network Science, NetSci2023, Vienna, Austria, 2023, July 10-14.

  • Ercsey-Ravasz M. (2023), „Modelling the inter-areal cortical network based on a distance rule”, Computational Neuroscience Academy 2023, Krakow, Poland, 19 July 2023.

  • Ercsey-Ravasz M. (2023), „Physical networks in the brain”, 6th Grandmaster Early-Career Workshop in Physics GEWP 2023, Cluj-Napoca, Romania, 2023, September 4-9.

  • Ercsey-Ravasz M., Varga L., Molnar B., Moca V.V., Perez-Cervera L., Díaz-Parra A., Moratal D., Péntek B., Sommer W.H., Mureșan R.C., Canals S. (2023), "Dynamic fMRI unveils a robust functional network architecture in the brain: a hierarchy of strong positive and weak bimodal correlations", poster, International School and Conference on Network Science, NetSci2023, Vienna, Austria, 2023, July 10-14.

  • Molnar B., Marton I.B., Horvat S., Ercsey-Ravasz M. (2023), "Community detection in directed weighted networks using Voronoi partitioning", contributed talk, International School and Conference on Network Science, NetSci2023, Vienna, Austria, 2023, July 10-14.


Diseminări în media, prezentări pentru publicul larg etc.:

  • Maria Ercsey-Ravasz, prezentare invitată la Zilele Maghiare Digitale din Transilvania (Erdelyi Magyar Digitalis Napok), Hálózatkutatás és adatfeldolgozási módszerek az idegtudományokban (Știința rețelelor și metode de procesare a datelor în neuroștiințe), 23 Martie, 2022, Targu Mures.

  • Maria Ercsey-Ravasz, Interviu la TVR Cluj - limba maghiară, emisiunea Summa.
    https://www.facebook.com/534716723271172/videos/1201329150720553/

  • Raul Muresan, prezentare în cadrul programului Studium Generale al Institutlui STAR-UBB, 15.12.2022, Hunting for brain oscillations: functional role and estimation techniques.

  • „Transylvanian Institute of Neuroscience” (2023), Interview for neurosci.ro about the institute.
    https://www.youtube.com/watch?v=07btnKn90dw

  • „Creierul fractal. Ep. 1: De la blestemul complexității la coasta Marii Britanii (Grosu et al., 2023)” (2023), Podcast with neurosci.ro about the „Fractal Brain” article published in Cerebral Cortex.
    https://www.youtube.com/watch?v=1PcdJRJVNas

  • „Creierul fractal. Ep. 2: De la micro la macro-scală și mai departe (Grosu et al., 2023)” (2023), Podcast with neurosci.ro about the „Fractal Brain” article published in Cerebral Cortex.
    https://www.youtube.com/watch?v=QVkLJsEMU5Q

  • Comunicat de presă cu privire la articolul publicat în Cell System lansat de TINS și UBB:
    https://news.ubbcluj.ro/metoda-revolutionara-dezvoltata-de-cercetatori-clujeni-de-la-tins-si-ubb-pentru-intelegerea-activitatii-creierului/
    Preluat de următoarele publicații: cluj24, monitorulcj, adevarul, cotidinaul, agerpres, digi24, edupedu, g4media etc... din România și de Szabadsag din Ungaria.

  • TVR Cluj: interviu cu Maria Ercsey-Ravasz și Vlad Moca.

  • Kolozsvari TV, Erdelyi Figyelo: interviu cu Maria Ercsey-Ravasz și Levente Varga.

  • Medical Reports TV: interviu cu Maria Ercsey-Ravasz.