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.