Лаборатория физиологии сенсорных систем

Лаборатория физиологии сенсорных систем

Основные направления научной деятельности

Исследование на нейронном, системном и организменном уровнях механизмов выделения в зрительной коре мозга человека и животных значимых для опознания признаков зрительного образа:
а) нейрофизиологическое исследование чувствительности нейронов зрительной коры к признакам изображения первого и второго порядков (ориентация линий и их пересечения) по электрофизиологическим критериям и данным оптического картирования коры мозга;
б) психофизиологическое и электрофизиологическое исследование роли в зрительном восприятии человека волновых процессов в зрительной коре.

Наиболее важные результаты научных исследований

Доказано существование пространственно-временного кодирования информации в зрительной коре, осуществляемого сканирующими детекторами ориентации, а также чувствительность половины нейронов поля 17 к признакам изображения второго порядка (пересечениям и узлам ветвления линий); доказана возможность интеграции нейронного описания признаков изображения в единый сенсорный образ на основе сканирования зрительной коры человека волновым процессом с частотой альфа-ритма ЭЭГ.
1) В 1999 г. впервые обнаружено, что для опознания человеком изображений большее значение имеют их углы по сравнению с линиями. В связи с тем, что ранее в первичной зрительной коре кошки нами были обнаружены нейроны, выделяющие из изображения углы, кресты и У-образные фигуры, в данной работе выясняли относительную роль в опознании человеком формы геометрических фигур их линий и углов. Оказалось, что опознание достоверно лучше для фигур без части сторон, чем без части углов. Предполагается, что относительно большая роль в опознании формы фигуры ее углов, чем сторон, основана на интерполяционных операциях нейронов-детекторов, инвариантно чувствительных к фигурам независимо от наличия или отсутствия части их сторон или углов.
2) В 2000 г. при трехмерном дипольном анализе ЭЭГ человека в сочетании с ЯМР-томографией его мозга впервые показано, что во время генерации волны альфа ритма ЭЭГ человека ее дипольный источник последовательно смещается по первичной проекционной области зрительной коры, что подтверждает гипотезу о сканировании зрительной коры коры ритмическим волновым процессом с периодом альфа-ритма.
3) В 2001 г. впервые доказано, что основным механизмом чувствительности нейронов первичной зрительной коры кошки к крестообразным фигурам в 80% случаев является растормаживание торцевых тормозных зон рецептивного поля.
4) В 2002 г. для экспериментальной проверки альтернативных гипотез – о перекрытии распределений детекторов линий и крестообразных фигур в мозге кошки, либо о различиях в их топографии, исследовали тангенциальную упаковку этих детекторов в зрительной коре методом оптического картирования. В совместной работе с лабораторией нейрофизиологии медицинского факультета Рурского университета (Бохум, Германия) при стимуляции глаза одиночными линиями и крестообразными фигурами впервые получены оптические ответы на них и обнаружено перекрытие кластеров этих детекторов в ориентационных колонках и сверхколонках. Эти новые данные важны для понимания организации операций корковой обработки информации о признаках изображения при опознании зрительных образов.
5) В 2003 г. впервые обнаружено последовательное смещение настройки на ориентацию и форму крестообразной фигуры за время развития импульсного ответа у нейронов первичной зрительной коры кошки. Выдвинуто предположение, что обнаруженный эффект может быть использован нейронами зрительной коры для временного кодирования признаков изображения второго порядка (пересечения и узлы ветвления линий).

Научно-экспериментальная база. Основные методы

В исследованиях физиологии зрения, проводимых в лаборатории, используется комплексный, интегративный подход: центральные механизмы зрения исследуются на одиночных нейронах зрительной коры кошки микроэлектрофизиологическими методами, по регистрируемым оптическим методом реакциям их совокупностей (колонки и сверхколонки зрительной коры), по вызванным электрическим потенциалам мозга человека при восприятии им зрительных стимулов разной сложности и по его психофизиологическим реакциям на эти стимулы.
В лаборатории функционируют три экспериментальных установки:
1) установка для исследования нейронов зрительной коры животных (комн. 505);
2) установка для исследования реакций нейронных совокупностей оптическим методом (комн. 502);
3) установка для исследования вызванных потенциалов мозга и психофизиологических реакций человека (комн. 506).
За отчетный период благодаря средствам, полученным по Программам РАН и ОБН РАН, а также грантам РФФИ и РГНФ, удалось существенно модернизировать имевшиеся в лаборатории экспериментальные установки и создать новую установку оптического картирования мозга.

Публикации:

  • Лазарева Н.А., Кожухов С.А., Новикова Р.В., Тихомиров А.С., Цуцкиридзе Д.Ю., Шараев Г.А.  Альфа- и бета-колебания динамики площади и веса рецептивных полей стриарных нейронов кошки при классическом и сочетанном картировании. Журн. высш. нервн. деят. 2012. Т. 62. № 1.
  • Бондарь И.В., Минакова Е.Е., Иванов Р.С. Использование оптического картирования по внутреннему сигналу для тестирования функции зрительной коры млекопитающих. Оптический журнал. 2011. № 12. c.56-62.
  • Михайлова Е.С., Куликов М.А., Славуцкая А.В., Шевелев И.А., Дипольный анализ вызванной активности мозга человека в оценке динамики зрительного восприятия.  Оптический журнал. 2011. № 12. c.34-41.
  • Ivanov RS,  Lyamzin DR,  Bondar IV, Kulikov MA, Shevelev IA, Overlapping of Zones Producing Optical Responses to Cross-Shaped Figures and Segments of Lines in Different Orientations in the Primary Visual Cortex of the Cat Neuroscience and Behavioral Physiology. Neurosci Behav Physiol. 2011;41(6):586-90.
  • Михайлова Е.С., Славуцкая А.В., Герасименко Н.Ю., Чичеров В.А. Восприятие целых фигур и составляющих их элементов у мужчин и женщин. Анализ вызванных потенциалов. Сенсорные системы. 2011. т.25. в.1. 65 - 78.
  • Михайлова Е.С., В.А. Чичеров,  М.А. Куликов. Метод оценки степени нестабильности топографии вызванных потенциалов и его применение в экспериментальной задаче выделения значимой буквы. Журн. высш. нервн. деят. 2011. т. 61. № 2. С.1-6.
  • Каменкович В. М., Салтыков К. А. Опознание изображений, представляющих собой ряд постепенных трансформаций геометрических фигур. Физиология человека, 2011, т. 37, №2, с. 20-24. 
  • Шевелев И.А.. Нейроны-детекторы зрительной коры. Ревизия свойств и механизмов. Москва. Наука. 2010. 183 с.
  • Лазарева Н.А., Кожухов С.А., Шараев Г.А., Новикова Р.В., Тихомиров А.С., Цуцкиридзе Д.Ю., Шевелёв И.А.. Динамика весовых и топографических характеристик рецептивного поля нейронов первичной зрительной коры кошки. Журн. высш. нервн. деят. 2010. т. 60. в.4. С. 457-464.
  • Салтыков К.А., Лазарева Н.А., Куликов М.А., Новикова Р.В., Тихомиров А.С., Цуцкиридзе Д.Ю., Шевелёв И.А. Рецептивные поля детекторов полос и крестообразных фигур при классическом и сочетанном картировании. Журн. высш. нервн. деят. 2010. т. 60. в.4. С. 436-446.
  • Иванов, Р.С. Лямзин Д.Р., Бондарь И.В., Куликов М.А., Шевелев И.А. Перекрытие зон оптических ответов на крестообразную фигуру и отрезки линий разной ориентации в первичной зрительной коре кошки. Журн. высш. нервн. деят. 2010. т. 60. в. 2. С. 133-137.
  • Славуцкая А.В., Михайлова Е.С. Вызванные потенциалы зрительной коры мозга человека при наблюдении целых фигур и составляющих их элементов. Журн. высш. нервн. деят. 2010. т.60. в.4. С. 397-408.
  • Chicherov VA, Mikhailova ES, Kulikov MA. Periods of stable and unstable ERP topography for target and nontarget visual stimuli. Optical memory and neural networks. 2010. v.19. №2. p.172-180.
  • Марченко В.Г., Салтыков К.А. Механизмы синхронизации в локальных нейронных сетях неокортекса. Модельные и экспериментальные исследования. Журн. высш. нервн. деят. 2009. т.59. №6. с.738-747.
  • Каменкович В.М., Шараев Г.А. Опознание значимых и незначимых изображений бытовых предметов при их маскировке.  Физиология человека. 2009. т. 35. № 2. с. 1-4.
  • Славуцкая А.В. «Вызванные потенциалы зрительной коры мозга человека при экспозиции целых фигур и составляющих их элементов». Автореф. канд дис. Москва. 2009. 22 с.
  • Каменкович В.М., Шараев Г.А. Опознание значимых и незначимых изображений бытовых предметов при их маскировке.  Физиология человека. 2009. т. 35. № 2. с. 1-4.
  • Михайлова Е.С., Герасименко Н.Ю., Овсиенко А.В. Опознание простых и сложных изображений при их прямой маскировке. Физиология человека. 2009. т. 35. № 3. с. 13-19.
  • Лямзин Д.Р., Бондарь И.В.,  Иванов Р.С. Обработка функциональных карт зрительной коры мозга, полученных по внутреннему оптическому сигналу. Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова. т. 9. № 4. 2009 г. с.335-346.
  • Шевелев И.А. Опознание зрительных образов. Избранные лекции университета. С.- П.: Изд-во СПбГУП. 2007. с. 5-19. (Учебное пособие).
  • Шевелев И.А. Распознавание зрительных образов. В кн.: «Современный курс классической физиологии». (ред. Ю.В.Наточин, В.А.Ткачук). М.: Изд-во ГЭОТАР-Медиа. 2007. с. 101-134. (Глава в учебнике).

создание сайта www.filippoff.ru

© 2017, IHNA RAS