Лаборатория высшей нервной деятельности человека

Лаборатория высшей нервной деятельности человека

Краткая история и основные направления работы лаборатории: 

Лаборатория высшей нервной деятельности человека была организована в Институте в 1987 г. Ее задача была определена как изучение физиологических основ сознания. C 1987 по 2012 лабораторию возглавлял проф. А.М. Иваницкий, разработавший незадолго до этого теорию информационного синтеза. Теория была основана на исследовании физиологических процессов, лежащих в основе ощущений. В соответствии с этой теорией, психические (субъективно переживаемые) явления возникают в результате возврата возбуждения к местам первоначальных проекций, сравнения и синтеза в коре новой информации с той, которая извлекается из памяти и поступает от центров мотиваций (рис. 1).

Исследованиями лаборатории данная концепция была развита применительно к процессам мышления. Было установлено, что при мышлении происходит конвергенция корковых связей к определенным полям ассоциативной коры (работы И.Р.Ильюченок и А.Р.Николаева). Возникающие в результате этого центры связей - фокусы взаимодействия – производят синтез информации и поиск решения. Следующим этапом в работе лаборатории было изучение корковых связей при поиске вербальных ассоциации. Работа, проводенная в сотрудничестве с лабораторией проф. М.Познера (США), показала, что связи лобной коры с зоной Вернике играют важную роль в объединении существительного и глагола (Г.А.Иваницкий, А.Р.Николаев). В те же годы Г.А.Иваницким были начаты исследования по созданию технологии определения типа решаемой мыслительной задачи по рисунку ЭЭГ. Такие исследования основаны на использовании новейших методов анализа электрической активности мозга, таких, как методы распознавания образов. Позднее в мировой литературе подобные работы получили название «чтение мозга». Они имеют не только фундаментальное, но и практическое значение. В наших работах в качестве классификатора были использованы искусственные нейронные сети. Было установлено, что при решении мыслительных задач разного типа (пространственных и вербально-логических) в ЭЭГ устанавливаются характерные для данного типа мышления спектральные паттерны, основанные на типичном сочетании частотных, амплитудных и топографических характеристик спектральных составляющих. После обучения на контрольной выборке нейросеть может с высокой достоверностью распознать тип мышления, используемый испытуемым в данный момент (рис. 2).

Позднее было показано, что обученная нейросеть способна распознавать, хотя и с меньшей достоверностью, не только базовые типы мышления и отдельные классы задач внутри данного типа, например, решение анаграмм или поиск недостающего слога (Р.А.Наумов, О.Д.КАшеварова). А.О.Роик использовала линейку задач с градуальным изменением степени вербальности и пространственности. Сравнение спектров ЭЭГ при решении этих задач дало ей возможность вычислить «расстояния» между разными видами мышления и на основе построить объективную физиологическую модель когнитивного пространства. Сравнение этой модели с психологической моделью, основанной на экспертных оценках, показало их практически полная идентичность (рис. 3).

Исследуется возможность использования разработанной технологии в клинике, в частности, для определения прогноза при коматозных и вегетативных состояниях (Г.В.Портнова, Б.Е.Коварский) и для создания интерфейса «мозг-компьютер» высокого уровня (М.С.Атанов, И.Р.Таротин). Проводятся работы по механизмам восстановления речи после травм или инсультов с одновременной регистрацией ЭЭГ и фМРТ (О.В.Мартынова). Е.В.Мнацаканян, исследуя ЗЗГ больных с депрессиями, показала, что у них имеет место тенденция к трактовке нейтральных изображений как несущих угрозу.

В прошедшие годы в лаборатории проведены также исследования механизмов селективного вербального внимания, описаны две семантические системы мозга (автоматическая и контролируемая сознанием). Проведены также работы по связи полиморфизма некоторых генов, управляющих обменом нейромедиаторов, с характеристиками личности (О.В.Сысоева, Г.В.Портнова).

Начиная с 2012 года в лаборатории также ведутся исследования когнитивных функций мозга при помощи функциональной магнито-резонансной томографии по трем основным направлениям:

-нейрофизиологии речи и ее нарушений у больных с постинсультной афазией;

-нейроанатомии вербального и пространственного типов мышления;

-функциональных взаимосвязей сетей покоя в норме и при патологии

Пространственные карты компонент, обнаруженных методом ICA и соответствующих сетям покоя у молодых (A), пожилых (B) здоровых добровольцев и пациентов после инсульта (C). 


Основные публикации:

Атанов М. С., Иваницкий Г. А., Иваницкий А. М. Когнитивный интерфейс мозг-компьютер и перспективы его практического использования //Физиология человека. – 2016. – Т. 42. – №. 3. – С. 5-11.

Баклушев М. Е., Иваницкий Г. А., Атанов М. С., Иваницкий А. М. Снижение устойчивости паттернов, соответствующих разным типам мышления, при шизофрении //Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова. – 2016. – Т. 66. (принята в печать)

Portnova G. V., Atanov M. S. Age-Dependent Changes of the EEG Data: Comparative Study of Correlation Dimension D2, Spectral Analysis, Peak Alpha Frequency and Stability of Rhythms //International Journal of Innovative Research in Computer Science & Technology. – 2016. – Т. 4. – №. 2. – С. 56-61. Free Article

Иваницкий А.М., Портнова Г.В., Мартынова О.В., Майорова Л.А., Федина О.Н., Петрушевский А.Г. Картирование мозга при вербальном и пространственном мышлении// Журнал высшей нервной деятельности, 2013, том 63, №6, с.677-686.

Иваницкий А.М. «Чтение мозга»: достижения, перспективы, этические проблемы. Журн. высш. неврв. деят. 2012. 62 (2): 133-142.

Роик А.О., Иваницкий Г.А., Иваницкий А.М. Когнитивное пространство человека: совпадение моделей, построенных на основе анализа ритмов мозга и на психометрических измерениях. Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова. 2012. 98 (11): 1314-1328

Роик А.О., Иваницкий Г.А. Нейрофизиологическая модель когнитивного пространства. Журнал высшей нервной деятельности. 2011. 60 (6): 688-696

Мартынова О.В., Роик А.О., Иваницкий Г.А. Изменение некоторых показателей функционирования сердечнососудистой системы при различных мыслительных операциях. Физиология человека. 2011. 37 (6): 35-41

Иваницкий А.М. Наука о мозге на пути к решению проблемы сознания. Вестник РАН. 2010. Т. 80. В. 5-6. С. 447-455. Перевод: Ivanitsky A.M. Brain Science on the Way to Solving the Problem of Consciousness. Herald of the Russian Academy of Sciences, 2010, Vol. 80, No. 3, pp. 229–236.1.

Портнова Г. В., Сысоева О. В., Иваницкий А. М. Психофизиологическое исследование влияния звуковой ритмической стимуляции на субъективный отсчет времени и скорость выполнения когнитивных заданий. Журн. высш. нервн. деят., 2010. 60 (4): 409–419

Ivanitsky A.M., Ivanitsky G.A., Sysoeva O.V. Brain science: on the way to solving the problem of consciousness. Int. Journ. Psychophysiol. 2009. 73 (2): 101-108.

Ivanitsky A.M., Ivanitsky G.A., Nikolaev A.R., Sysoeva O. 2. 2. 2. Electroencephalography. Encyclopedic Reference of Neuroscience. Editors-in-Chief: M.D. Binder, N. Hirokawa, U. Windhorst. Berlin, Heidelberg. Springer-Verlag. 2009. Р. 1067-1072.

Sysoeva O.V., Maluchenko N.V., Timofeeva M.A., Portnova G.V., Kulikova M.A., Tonevitsky A.G., Ivanitsky A.M. Aggression and 5HTT polymorphism in females: Study of synchronized swimming and control groups. Int. J. Psychophysiol. 2009. 72 (2): 173-178.


создание сайта www.filippoff.ru

© 2017, IHNA RAS