Лаборатория Маккензи изучает, как создаются воспоминания, как формируются и распространяются паттерны нейронной активности и как контролировать распространение припадков.
Несмотря на то, что это одна из наиболее изученных областей мозга, основная функция гиппокампа остается неизвестной. В своей работе я руководствовался структура реляционной памяти функции гиппокампа. Согласно этой теории, события, разделенные во времени и пространстве, могут быть связаны друг с другом благодаря ассоциативным связям в цепях гиппокампа. Этот пространственно-временной мост позволяет открывать новые правила и категории, которые я считаю основной функцией этой системы памяти.
Каким-то образом гиппокамп способен связывать вместе корковые области, которые в противном случае имели бы слабую ассоциативность. Говоря языком машинного обучения, эта зависящая от гиппокампа согласованность расширяет пространство признаков, в котором может происходить обучение. Мне интересно, как закономерности извлекаются из частностей. В частности, моя лаборатория изучает, как на изучение категорий влияет расширенное пространство признаков, предоставляемое взаимодействиями гиппокампа и коры головного мозга.
В течение жизни у 1 из 26 американцев будет диагностирована эпилепсия. Доступные фармакологические методы лечения имеют значительные побочные эффекты и неэффективны у 30% населения, которое часто страдает годами до обращения за альтернативными методами лечения, такими как хирургическая резекция очага припадка. В случаях, когда очаг неизвестен, имеется несколько очагов или когда резекция слишком рискованна, возможна глубокая стимуляция мозга. В настоящее время существует два варианта, одобренных FDA: хроническая стимуляция переднего ядра таламуса и замкнутая, «отзывчивая» стимуляция на зону начала припадка. Никто не знает, почему эти протоколы стимуляции эффективны, какие пациенты могут принести наибольшую пользу, или какая стратегия лучше всего диктует, когда и как проводить стимуляцию.
Моя лаборатория работает над разработкой алгоритмов прогнозирования приступов для выявления приступов до их начала. Это расширенное предупреждение будет использоваться для возмущения нейронной активности с целью десинхронизации мозга и, как мы надеемся, остановить распространение иктальной активности из начальной зоны в здоровые в остальном области мозга.
Никто не знает, какую функцию нейронной активности использует мозг, чтобы общаться с самим собой. Это может быть идентификация того, какой нейрон срабатывает, скорость, с которой эти нейроны срабатывают в течение некоторого временного окна, образец синхронной активности в пределах некоторого временного окна или даже порядок, в котором нейроны срабатывают относительно друг друга. Я думаю, что характер синхронной активности имеет значение, и что обучение поддерживается изменениями, при которых нейроны срабатывают вместе в любых данных обстоятельствах. Моя лаборатория изучает, как возбуждающие нейроны конкурируют друг с другом за совместную активность в короткие промежутки времени. Я хочу знать, может ли пластичность в боковом торможении диктовать, кто может стрелять с кем и при каких обстоятельствах применяются эти правила сосуществования.
Сложные корреляционные паттерны и точно сбалансированная синхронизация имеют значение только в том случае, если эти всплески могут стимулировать дивергентную активность в эфферентных областях мозга. Как считываются закономерности синхронной активности? Как входящие сигналы взаимодействуют с текущей активностью, возникающей в результате внутрирегиональной периодической связи? Можем ли мы выделить уникальный вклад входных сигналов из одной области мозга в активность другой, чтобы выяснить правило синаптического переноса в любом синапсе в этих центральных цепях памяти.