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 таламусаи 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.