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
- 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.
- Михайлова Е.С., Никитаева Е.С., Давыдов Д.В. Опознание радости, злости и страха по эмоциональному выражению лица у человека. Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова. 2001. T. 51. № 4. С. 443-451.
- Шевелев И.А., Салтыков К.А. Растармаживание как механизм настройки на крестообразную фигуру в нейронах первичной зрительной коре. Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова. 2000. T. 86. № 7. С. 811-819.
- Mikhailova E.S., Bogomolova I.V. Evoked cerebral cortex activity in the human brain in conditions of the active and passive perception of facial expressions. Neuroscience and Behavioral Physiology. 2000. V. 30. N. 6. P. 679-685. DOI: 10.1023/A:1026650816978
- Shevelev I.A., Kamenkovich V.M., Bark E.D., Verkhlutov V.M., Sharaev G.A., Mikhailova E.S. Visual illusions and travelling alpha waves produced by flicker at alpha frequency. International Journal of Psychophysiology. 2000. V. 39. N. 1. P. 9-20. DOI: 10.1016/S0167-8760(00)00105-7
- Верхлютов В.М., Барк Е.Д., Шевелев И.А., Каменкович В.М., Конышев В.А., Михайлова Е.С., Полянский В.Б., Ярных В.И., Анисимов Н.В. Динамическая локализация источника диполя альфа-ритма в мозге человека. Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павловай. 1999. T. 49. № 1. С. 3-11.
- Давыдов Д.А., Михайлова Е.С. Вызванные потенциалы в коре больших полушарий в процессе опознания выражения лица в правой и левой половинах зрительного поля. Физиология человека. 1999. T. 25. № 4. С. 26-35.
- Михайлова Е.С., Богомолова И.В. Вызванная активность коры больших полушарий у человека в процессе активного и пассивного восприятия выражения лица. Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова. 1999. T. 49. № 4. С. 566-575.
- Салтыков К.А., Шараев Г.А., Шевелев И.А. Геометрическая модель ориентационной настройки зрительных нейронов. Биофизика. 1999. T. 49. № 1. С. 83-90.
- Mikhailova E.S., Davydov D.V. Visual evoked potentials in humans during recognition of emotional facial expressions. Neuroscience and Behavioral Physiology. 1999. V. 29. N. 6. P. 687-694. DOI: 10.1007/BF02462485
- Каменкович В.М., Барк Е.Д., Верхлютов В.М., Шевелев И.А., Михайлова Е.С., Шараев Г.А. Зрительные иллюзии, вызванные ритмическими вспышками и "движением" через кору волн альфа-активности. Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова. 1998. T. 48. № 3. С. 449-457.
- Михайлова Е.С., Давыдов Д.В. Зрительные вызванные потенциалы человека в процессе опознания эмоций человеческих лиц. Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова. 1998. T. 48. № 1. С. 797-806.
- Салтыков К.А., Шевелев И.А. Модель нейронной сети для анализа одиночных полос и фигур пересечения. Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова. 1998. T. 48. № 3. С. 524-533.
- Михайлова Е.С., Давыдов Д.В., Моргункова А.В. Межполушарная асимметрия зрительных вызванных потенциалов при опознании эмоционального выражения лица. Физиология человека. 1996. T. 22. № 5. С. 92-98.
- Mikhailova E.S., Vladimirova T.V., Iznak A.F., Tsusulkovskaya E.J., Sushko N.V. Abnormal recognition of facial expression of emotions in depressed patients with major depression disorder and schizotypal personality disorder. Biological Psychiatry. 1996. V. 40. N. 8. P. 697-705. DOI: 10.1016/0006-3223(96)00032-7
- Михайлова Е.С., Владимирова Т.В., Изнак А.Ф., Цуцульковская В.Я. Опознание эмоционального выражения лица пациентами с эндогенной депрессией (клинико-психофизиологическое исследование). Журнал неврологии и психиатрии им. С.С. Корсакова. 1994. T. 94. № 5. С. 55-59.
- Михайлова Е.С., Сушко Н.А. Опознание нормальных эмоций и эмоций при аффективных расстройствах. Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова. 1993. T. 43. № 6. С. 1059-1066.
- Михайлова Е.С. Восприятие музыки здоровыми людьми и людьми в депрессии. Физиология человека. 1992. T. 42. № 1. С. 68-76.
- Михайлова Е.С., Чахара В.О. Изменения циркадного ритма различных психологических функций в депрессии. Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова. 1992. T. 42. № 3. С. 95-99.
- Дудаева К.И., Михайлова Е.С., Поляков С.Е. Нейрофизиологические изменения в процессе развития эндогенной депрессии при рефлексотерапии. Журнал невропатологии и психотерапии им. С.С, Корсакова. 1990. T. 90. № 4. С. 99-103.
- Михайлова Е.С., Моносова А.Ж., Беляев Б.С. Эмоциональная реактивность у пациентов с депрессией. Журнал нейропатологии и психиатрии им. С.С. Корсакова. 1990. T. 90. № 4. С. 86-91.