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.
Список сотрудников
Список публикаций
Статьи
- Кожухов С.А., Салтыков К.А., Лазарева Н.А. Структура ответов нейронов первичной зрительной коры и её взаимосвязь с динамикой предпочитаемой ориентации. Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова. 2016. T. 66. № 1. С. 36-50. DOI: 10.7868/S004446771601010X
- Bal N.V., Susorov D., Chesnokova E.A., Kasianov A., Mikhailova E.S., Alkalaeva E., Balaban P.M., Kolosov P.M. Upstream open reading frames located in the leader of protein kinase mζ mRNA regulate its translation. Frontiers in Molecular Neuroscience. 2016. V. 9. P. 103. DOI: 10.3389/fnmol.2016.00103
- Moiseenko G.A., Vershinina E.A., Pronin S.V., Chihman V.N., Mikhailova E.S., Shelepin Yu.E. Latency of evoked potentials in the tasks involving classification of images after wavelet filtration. Human Physiology. 2016. V. 42. N. 6. P. 615-625. DOI: 10.1134/S0362119716060128
- Крылова М.А., Изъюров И.В., Герасименко Н.Ю., Чаянов Н.В., Михайлова Е.С. Моделирование источников компонентов зрительных вызванных потенциалов человека в задаче определения ориентации отрезков линий. Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова. 2015. T. 65. № 6. С. 1-12. DOI: 10.7868/S004446771505007X
- Меркульева Н.С., Иванов Р.С., Бондарь И.В. Развитие систем функциональных модулей зрительной коры котят в условиях бинокулярной ритмической световой стимуляции разной длительности. Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова. 2015. T. 65. № 1. С. 14-18. DOI: 10.7868/S0044467715010104
- Михайлова Е.С., Герасименко Н.Ю., Крылова М.А., Изъюров И.В., Славуцкая А.В. Механизмы ориентационной чувствительности зрительной системы человека. Сообщение II. Корковые механизмы ранних этапов переработки информации об ориентации линий. Физиология человека. 2015. T. 41. № 3. С. 5-18. DOI: 10.7868/S013116461503011X
- Бондарь И.В., Васильева Л.Н., Бадаква А.М., Миллер Н.В., Зобова Л.Н., Рощин В.Ю. Качество регистрации нейронного сигнала в моторной коре обезьян при использовании хронически имплантированных множественных электродов. Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова. 2014. T. 64. № 1. С. 101-112. DOI: 10.7868/S0044467714010043
- Васильева Л.Н., Бадаква А.М., Миллер Н.В., Зобова Л.Н., Рощин В.Ю., Бондарь И.В. Длительная регистрация одиночных нейронов и критерии её оценки. Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова. 2014. T. 64. № 6. С. 693-701. DOI: 10.7868/S004446771406015X
- Славуцкая А.В., Герасименко Н.Ю., Михайлова Е.С. Механизмы ориентационной чувствительности зрительной системы человека. Сообщение I. Поведенческие характеристики ориентационной чувствительности. Влияние характера задачи, экспериментальных условий и пола. Физиология человека. 2014. T. 40. № 6. С. 88-97. DOI: 10.7868/S0131164614050154
- McMahon D.B., Bondar I.V., Afuwape O.A., Ide D.C., Leopold D.A. One month in the life of a neuron: longitudinal single-unit electrophysiology in the monkey visual system. Journal Of Neurophysiology. 2014. V. 112. N. 7. P. 1748-62. DOI: 10.1152/jn.00052.2014
- McMahon D.B., Jones A.P., Bondar I.V., Leopold D.A. Face-selective neurons maintain consistent visual responses across months. Proceedings Of The National Academy Of Sciences Of The United States Of America. 2014. V. 111. N. 22. P. 7894-5. DOI: 10.1073/pnas.1318331111
- Бадаква А.М., Бондарь И.В., Зобова Л.Н., Миллер Н.В., Рощин В.Ю. Разработка макета инвазивного интерфейса мозг-компьютер в экспериментах на обезьянах. Авиакосмическая и экологическая медицина. 2013. T. 47. № 2. С. 61-64.
- Бугрова В.С., Иванов Р.С., Бондарь И.В. Изменение функционального популяционного ответа первичной зрительной коры кошки под влиянием кратковременных инъекций пропофола на фоне постоянной перфузии препарата. Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова. 2013. T. 99. № 4. С. 453-463.
- Герасименко Н.Ю., Славуцкая А.В., Калинин С.А., Михайлова Е.С. Влияние эмоциональной экспрессии нерелевантного лицевого изображения на опознание зрительных стимулов. Физиология человека. 2013. T. 39. № 3. С. 26-34. DOI: 10.7868/S0131164613030077
- Лазарева Н.А., Кожухов С.А., Иванов Р.С., Новикова Р.В., Тихомиров А.С., Цуцкиридзе Д.Ю., Бондарь И.В. Сравнение ориентационной настройки и её динамики у нейронов, расположенных в разных функциональных зонах первичной зрительной коры кошки. Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова. 2013. T. 63. № 2. С. 205-217. DOI: 10.7868/S0044467713020044
- Bhattacharyya A., Veit J., Kretz R., Bondar I., Rainer G. Basal forebrain activation controls contrast sensitivity in primary visual cortex. BMC Neuroscience. 2013. V. 14. P. 55. DOI: 10.1186/1471-2202-14-55
- 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. Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова. 2012. T. 62. № 2. С. 174-184.
- Славуцкая А.В., Герасименко Н.Ю., Михайлова Е.С. Распознавание пространственно преобразованных фигур мужчинами и женщинами: анализ поведения и вызванных потенциалов. Физиология человека. 2012. T. 38. № 3. С. 18-29.
- Славуцкая А.В., Герасименко Н.Ю., Михайлова Е.С. Связанные с полом стратегии решения зрительно-пространственных задач. Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова. 2012. T. 98. № 11. С. 1339-1349.
- Mikhailova E.S., Slavutskaya A.V., Gerasimenko N.Y. Gender differences in the recognition of spatially transformed figures: Behavioral data and event-related potentials (ERPs). Neuroscience Letters. 2012. V. 524. N. 2. P. 74-78. DOI: 10.1016/j.neulet.2012.07.005
- Бондарь И.В., Минакова Е.Е., Иванов Р.С. Использование оптического картирования по внутреннему сигналу для тестирования функции зрительной коры головного мозга млекопитающих. Опт. журн.. 2011. T. 78. № 12. С. 17-22.
- 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. T. 1. № 12. С. 34-41.
- 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. T. 25. № 1. С. 65-78.
- Чичеров В.А., Михайлова Е.С., Куликов М.А. Метод оценки степени нестабильности топографии вызванных потенциалов и его применение в экспериментальной задаче выделения значимой буквы. Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова. 2011. T. 61. № 2. С. 242-247.
- 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. Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова. 2010. T. 60. № 2. С. 133-137.
- Лазарева Н.А., Кожухов С.А., Шараев Г.А., Новикова Р.В., Тихомиров А.С., Цуцкиридзе Д.Ю., Шевелев И.А. Динамика весовых и топографических характеристик возбудительной зоны рецептивного поля нейронов зрительной коры кошки. Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова. 2010. T. 60. № 4. С. 457-464.
- Салтыков К.А., Лазарева Н.А., Куликов М.А., Новикова Р.В., Тихомиров А.С., Цуцкиридзе Д.Ю., Шевелев И.А. Рецептивные поля детекторов полос и крестообразных фигур при классическом и сочетанном картировании. Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова. 2010. T. 60. № 4. С. 446-456.
- Славуцкая А.В., Михайлова Е.С. Вызванные потенциалы зрительной коры мозга человека при наблюдении целых фигур и составляющих их элементов. Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова. 2010. T. 60. № 4. С. 397-408.
- Chicherov V.A., Mikhailova E.S., Kulikov M.A. Periods of stable and unstable ERP topography for target and nontarget visual stimuli. Optical memory and neural networks. 2010. V. 19. N. 2. P. 172-180.
- Kasumyan A.O., Mikhailova E.S. Effect of water salinity on taste preferences and feeding behavior of the threespined stickleback (Gasterosteus aculeatus). Doklady Biological Sciences. 2010. V. 432. N. 1. P. 190-193. DOI: 10.1134/S0012496610030075
- Lyamzin D.R., Bondar I.V., Ivanov R.S. Processing of functional maps of the cat visual cortex obtained using intrinsic optical signals. Neuroscience and Behavioral Physiology. 2010. V. 40. N. 5. P. 573-581. DOI: 10.1007/s11055-010-9298-0
- Лямзин Д.Р., Бондарь И.В., Иванов Р.С. Обработка функциональных карт зрительной коры мозга кошки, полученных по внутреннему оптическому сигналу. Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова. 2009. T. 95. № 4. С. 335-346.
- Михайлова Е.С., Герасименко Н.Ю., Овсиенко А.В. Опознаний сложных и простых изображений при их прямой маскировке. Физиология человека. 2009. T. 35. № 3. С. 13-19.
- Bondar I.V., Leopold D.A., Richmond B.J., Victor J.D., Logothetis N.K. Long-term stability of visual pattern selective responses of monkey temporal lobe neurons. PLoS ONE. 2009. V. 4. N. 12. e8222. DOI: 10.1371/journal.pone.0008222
- Михайлова Е.С., Чичеров В.А., Птушенко Е.А., Шевелев И.А. Пространственный градиент волны P300 зрительного вызванного потенциала мозга человека в модели нейрокомпьютерного интерфейса. Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова. 2008. T. 58. № 3. С. 302-308.
- Шевелев И.А., Михайлова Е.С., Куликов М.А., Славуцкая А.В. Трассирование диполей вызванного потенциала мозга человека. Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова. 2008. T. 58. № 2. С. 151-162.
- Mikhailova E.S., Zhila A.V., Slavutskaya A.V., Kulikov M.A., Shevelev I.A. Trajectories of shifting dipole sources of visual evoked potentials across the human brain. Neuroscience and Behavioral Physiology. 2008. V. 38. N. 9. P. 1001-1009. DOI: 10.1007/s11055-008-9080-8
- Конышев В.А., Карловский Д.В., Михайлова Е.С., Славуцкая А.В., Авдейчик В.Г., Шмелев А.С., Шевелев И.А. Исследование опознания задуманных букв и слов по волне P300 вызванного потенциала мозга человека с помощью нейрокомпьютерного интерфейса. Российский физиологнческий журнал им. И.М. Сеченова. 2007. T. 93. № 2. С. 141-149.
- Михайлова Е.С., Жила А.В., Славуцкая А.В., Куликов М.А., Шевелев И.А. Траектории смещения по мозгу человека дипольных источников зрительных вызванных потенциалов. Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова. 2007. T. 57. № 6. С. 673-683.
- Иванов Р.С., Бондарь И.В., Салтыков К.А., Шевелев И.А. Площадь оптической активации поля 17 коры мозга кошки при предъявлении решеток разной ориентации. Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова. 2006. T. 56. № 4. С. 516-522.
- Лазарева Н.А., Салтыков К.А., Шевелев И.А., Тихомиров А.С., Новикова Р.В., Цуцкиридзе Д.Ю. Нейрофизиологическое и модельное исследование карт рецептивных полей стриарной коры: роль внутрикоркового межнейронного взаимодействия. Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова. 2006. T. 56. № 4. С. 506-515.
- Михайлова Е.С., Славуцкая А.В., Конышев В.А., Шевелев И.А., Шараев Г.А. Вызванные потенциалы мозга человека на изображение полосок и крестообразных фигур. Журнал высшей нервной деятельности им. И. П. Павлова. 2006. T. 56. № 2. С. 175-182.
- Leopold D.A., Bondar I.V., Giese M.A. Norm-based face encoding by single neurons in the monkey inferotemporal cortex. Nature. 2006. V. 442. N. 7102. P. 572-575. DOI: 10.1038/nature04951
- Михайлова Е.С. Нейрофизиологические основы опознания человеком эмоций по лицевой экспрессии. Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова. 2005. T. 55. № 2. С. 149-162.
- Фролов А.А., Михайлова Е.С., Прокопенко Р.А., Шевелев И.А., Славуцкая А.В., Конышев В.А. Роль фильтрации в локализации дипольных источников вызванных потенциалов в мозге человека: эксперимент и модель. Журнал высшей нервной деятельности им. И,П. Павлова. 2005. T. 55. № 2. С. 262-271.
- Shevelev I.A., Bondar I.V., Eysel U.T., Kisvarday Z.F., Buzas P., Ivanov R.S., Saltykov K.A. Anesthesia and tangential package of neurons sensitive to cruciform figures in the cat striate cortex. Doklady Biological Sciences. 2005. V. 402. N. 1-6. P. 179-182. DOI: 10.1007/s10630-005-0081-2
- Михайлова Е.С., Розенберг Е.С., Абрамова А.А., Логунова Н.Н. Опознание эмоций по лицевой экспрессии испытуемыми с разным личностным профилем. Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова1. 2004. T. 54. № 6. С. 7850-758.
- Салтыков К.А., Шевелев И.А. Модельное исследование роли внутрикоркового торможения в формировании чувствительности к крестообразным фигурам. Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова. 2004. T. 54. № 6. С. 767-775.
- Шевелев И.А., Лазарева Н.А., Салтыков К.А., Новикова Р.В., Тихомиров А.С., Шараев Г.А., Цуцкиридзе Д.Ю. Временная динамика растормаживания нейронов зрительной коры и их чувствительность к крестообразным фигурам. Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова. 2004. T. 90. № 11. С. 1337-1347.
- Довыдов Д.В., Михайлова Е.С., Логунова Н.Н., Никитаева Е.С. Межполушарная асимметрия зрительных вызванных потенциалов в процессе опознания эмоционального выражения лица человеком. Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова. 2002. T. 52. № 6. С. 665-672.