ЛАБОРАТОРИЯ № 8

Лаборатория обработки сенсорной информации

Исполняющий обязанности заведующего лабораторией -

к.б.н. Бастаков Владимир Антонинович

Тел.: (095) 430-71-90; Fax: (095) 430-75-44; E-mail: bastakov@iitp.ru

Ведущие ученые лаборатории:

д.т.н.

Лебедев Д. С.

к.б.н.

Голубцов К. В.

д.б.н.

Пигарев И. Н.

к.б.н.

Лапшин Д. Н.

д.б.н.

Рожкова Г. И.

к.б.н.

Подугольникова Т. А.

д.т.н.

Лебедев Д. Г.

к.б.н.

Максимова Е. М.

к.т.н.

Максимов В. В.

к.б.н.

Родионова Е. И.

к.ф-м.н.

Смирнов М. С.

к.б.н.

Веденина В. Ю.

к.б.н.

Орлов О. Ю.

   

 

Направления исследований

Продолжались исследования проблемы обработки сенсорной информации на разных уровнях зрительного, слухового анализаторов традиционно используемыми нейрофизиологическими, психофизическими и морфологическими методами. Широко использовались поведенческий подход для решения задач сенсорной физиологии, а также моделирование процессов обработки сенсорной информации. Нейрофизиологические исследования включают в себя изучение сетчаточных механизмов обработки информации на уровне горизонтальных и ганглиозных клеток. Ганглиозные клетки исследуются также морфологически. Исследуются также нейроны различных отделов мозга, включая кору мозга и хвостатое ядро (на кошках и обезьянах), промежуточный и средний мозг (рыбы, лягушки). Функции зрительной системы как целого исследуются психофизически на человеке (механизмы бинокулярного зрения, константность зрительного восприятия и др.), а также в поведенческих опытах на животных. Общей проблемой для ряда исследовательских направлений лаборатории является проблема константности восприятия (пространства, цвета, размеров). Исследования слуховой системы насекомых включают два аспекта: эхолокацию ночных бабочек и анализ призывных сигналов самцов саранчовых в брачный период. Разрабатываются и внедряются диагностические методы и приборы для офтальмологии.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

Нейрофизиология и моделирование сетчаточных процессов. Разработан алгоритм определения цвета доминирующего источника освещения сцены по её изображению, работающий на основе усреднения цветов пассивных (не самосветящихся) элементов изображения. При этом возникает задача нахождения самосветящихся элементов изображения. Сортировка просто по яркости пикселов с этим не справляется. Независимый отсев по трем цветовым координатам оказался более эффективен. Параметры алгоритма, определяющие пороги отсева самосветящихся элементов, определялись в ходе психофизических экспериментов. Для двумерных сцен (мондрианов) использование мониторной системы координат RGB дало вполне удовлетворительные результаты. Для изображений трехмерных сцен лучшие результаты достигаются при использовании человеческой системы цветовых координат LMS (В. В. Максимов, П. В. Максимов). Разработанная ранее динамическая модель механизма формирования цветооппонентных сигналов для центральной ямки сетчатки, состоящего из колбочек, горизонтальных клеток и биполяров, дополнена динамической моделью фоторецептора – колбочки приматов. В отличие от описанных в литературе моделей фоторецептора новая модель правильно воспроизводит все известные реакции фоторецептора на различные временные изменения стимула, в том числе колебательный отклик на короткую вспышку, характерный только для колбочек приматов (Д. С. Лебедев).

Морфология сетчатки. Исследована морфология ганглиозных клеток сетчатки рыб проецирующихся в крышу среднего мозга (tectum opticum). Методом антероградного транспорта пероксидазы хрена определили 3 типа ганглиозных клеток, формирующих ретино-тектальную проекцию: по устоявшейся классификации это большие ганглиозные клетки альфа-а, альфа-аб и биплексиформные клетки. (Т. А. Подугольникова).

Бинокулярное зрение. У детей с нарушениями механизмов бинокулярного восприятия обычно снижены не только показатели целого ряда базовых зрительных функций, но и показатели познавательной деятельности – памяти, внимания, зрительной работоспособности. Для восстановления и развития бинокулярного зрения разработаны интерактивные компьютерные программы, в которых, в частности, используются достижения фундаментальной науки, не применявшиеся ранее в офтальмологической практике. Эффективность этих компьютерных программ подтверждена результатами апробации в ряде лечебных учреждений г. Москвы. При лечении с использованием программы, включающей процедуру обучения восприятию случайно-точечных стереограмм, удается добиться восстановления полноценного стереозрения у значительно большего числа пациентов, чем при использовании традиционных методов (Г. И. Рожкова, Т. А. Подугольникова).

Хвостатое ядро кошки. Показано, что модули неостриатума, ранее обнаруженные Т. А. Леонтович и, по-видимому, являющиеся центрами проекций различных полей коры на эту структуру, накладываются на некоторые участки лабиринта стриосом – структур, обнаруженных иммуногистохимическими методиками. Таким образом, неостриатум состоит, по-видимому, как минимум из трех различных подструктур: матрикса, и двух различных компонентов системы стриосом (Е. И. Родионова).

Цветовое зрение амфибий. Впервые изучен вклад трех приёмников в организацию латерального торможения, которое проявляется в охотничьем поведении, если тёмный стимул движется в окружении двух других объектов. На лягушках показано, что это торможение формируется за счет информации, поступающей от всех трёх типов фоторецепторов. Важно отметить, что тормозной эффект наблюдается даже если в роли тормозящих выбраны стимулы, которые сами никогда не вызывают охотничьих атак: например, когда они неотличимы от фона как для красно-, так и для зеленочувствительных фоторецепторов, а для синечувствительных – они светлее фона. (В. А. Бастаков, О. Ю. Орлов).

Эхолокация ночных бабочек. Обнаружена чувствительность к ультразвуку бабочек – шелкопрядов, не имеющих специализированных слуховых органов. С помощью математического моделирования показано, что при небольшой анизотропии аэродинамического сопротивления многочисленных щетинок трихоидных сенсилл на теле насекомого, становятся существенными нелинейные эффекты при преобразовании звуковых колебаний в вибрационные. В результате, на входе трихоидных сенсилл образуется низкочастотная составляющая, повторяющая форму амплитудной огибающей звука и, как следствие, бабочки получают возможность воспринимать акустические сигналы без их частотного анализа (Д. Н. Лапшин).

Акустическая коммуникация у саранчовых. В ходе исследования роли сложного сигнала ухаживания у саранчовых группы Chorthippus albomarginatus выяснили какие элементы песни, издаваемой самцом, информативны для самок и показано, что для распознавания сигнала важны и количество элементов и их порядок (В. Ю. Веденина).

Офтальмология. Применение фундаментальных принципов организации зрительной системы человека при разработке медицинского оборудования позволило создать уникальные диагностические приборы, которые получили высокую оценку офтальмологов и неоднократно премировались на различных международных выставках и конкурсах (см. с. 4).

ГРАНТЫ:

ПУБЛИКАЦИИ в 1999 г.

    1. Orlov O.Yu. In memoriam: Alexey L. Byzov 1926-1998. Yugoslav. Physiol. Pharmacol. Acta.1999. Vol. 34. No. 2. P. 269-270.

    2. Orlov O.Yu., Kondrashev S.L. Changeable coloration of cornea in fish and its distribution. Yugoslav. Physiol. Pharmacol. Acta. 1999. Vol. 34. No. 2. P. 359-270.

    3. Byzov A.L., Maximova E.M., Podugolnikova T.A. Horizontal cells of the frog retina as compared with such cell of fish and other vertebrates. Yugoslav. Physiol. Pharmacol. Acta.1999. Vol. 34. No. 2. P. 271-288.

    4. Damjanovich I., Byzov A.L., Gachich Z., Utina I.A., Maksimova E.M., Michkovich B., Andjus R.K. Electrophysiological and spectral properties of retinal horizontal and bipolar cells in the eel. Yugoslav. Physiol. Pharmacol. Acta.1999. Vol. 34. No. 2. P. 313-324.

    5. Podugolnikova T.A., Maximov V.V. Analysis of cone-horizontal cell connectivity patterns in the jack mackerel retina. Yugoslav. Physiol. Pharmacol. Ac-ta.1999. Vol. 34. No. 2. P. 325-334.

    6. Maximov V.V. Colour vision in early vertebrates. Yugoslav. Physiol. Pharmacol. Acta.1999. Vol. 34. No. 2. P. 343-350.

    7. Maximova E.M. Colour and spatial properties of detectors of oriented lines in the fish retina. Yugoslav. Physiol. Pharmacol. Acta.1999. Vol. 34. No. 2. P. 351-358.

    8. Kasyanov A.M., Maximov V.V., Byzov A.L., Berretta N., Sokolov M.V., Gasparini S., Chelubini E., Reyman K.G., Voronin L.L. Intrasynaptic ephaptic feedback alters amplitude-voltage relations of mossy fibre responses in rat CA3 hyppocampal neurons. The Journ. of Physiology (in press).

    9. Maximov V.V. Environmental factors that may have led to the appearance of colour vision and colour opponency 500 million years ago. In: “1st International Conference on Sensory Processing of the Aquatic Environment – Conference Handbook”, Heron Island, Australia, 1999, p. 61.

    10. Максимов В.В. Цветовое зрение у позвоночных возникло 500 млн лет назад: Зачем? В кн.: “II Съезд биофизиков России – Тезисы докладов”, 1999, т. III, с. 1005.

    11. Дамянович И., Бызов А.Л., Гачич З., Утина И.А., Максимова Е.М., Мичкович Б., Анджус Р.К. Электрофизиологические и гистологические исследования сетчатки угря: цветовые свойства вторичных нейронов на жёлтой стадии развития. В кн.: “II Съезд биофизиков России – Тезисы докладов”, 1999, т. III, с. 991.

    12. Maximova E.M. “Detectors of horizon” in the fish retina: What for may they be used in aquatic environment? In: “1st International Conference on Sensory Processing of the Aquatic Environment – Conference Handbook”, Heron Island, Australia, 1999, p. 28.

    13. Voronin L.L., Beretta N., Byzov A.L., Gasparini S., Kasyanov A.M., Maximov V.V., Rossokhin A.V., Sokolov M.V., Cherubini E. Postsynaptic hyperpolarization modifies transmitter release at the mossy fibre-CA3 synapse in the hippocampus. In: Society for Neuroscience. 1999. No. 25. P. 802.
    14. Voronin L.L., Bayazitov I.T., Kasyanov A.M., Maximov V.V., Rossokhin A.V., Sokolov M.V. Intrasynaptic ephaptic feedback in central synapses and its involvement in synaptic plasticity. In: International Symposium dedicated to Academician Ivan Pavlov’s 150-anniversary “Mechanisms of Adaptive Behavior” – Abstracts, St.-Petersburg, 1999, p. 78-79.

    15. Губерман Ш.А., Пиковский Ю.И., Ранцман Е.Я., Гласко М.П., Максимов В.В. Прямая идентификация узлов крупного нефтегазонакопления в современной блоковой структуре земной коры осадочных бассейнов: фокусирование геофизических работ. – В кн.: IV Всероссийский форум “Геоинформационные технологии. Управление. Природопользование. Бизнес”. Тезисы докладов, Москва, 1999, с. 72-74.

    16. Гласко М.П., Ранцман Е.Я., Губерман Ш.А., Максимов В.В., Пиковский Ю.И. Моделирование современной блоковой структуры земной коры континентального склона и прогноз распределения углеводородных ресурсов (Мексиканский залив). – В кн.: “Геология морей и океанов – Тезисы докладов XIII Международной школы морской геологии”, Москва, 1999, т. II, с. 234-235.

    17. Medvedev E., Guberman Sh., Pikovskii Yu., Maximov V.V., Rantsman E., Glasko M. Using Airborne laser terrain mapping system applied to exploration of the great hydrocarbonat fields: Modeling of recent small block structure of Earth crust within great oil-gas accumulation areas. – In: “Proceedings of the Forth International Airborne Remote Sensing Conference and Exhibition – 21th Canadian Symposium on Remote Sensing”, Ottawa, 1999, vol. II, p. 712.

    18. Cook J.E., Podugolnikova T.A., Kondrashev S.L. Species dependent variation in dendritic stratification in an apparently homologous retinal ganglion cell mosaic in two neoteleost fishes. Vision Res. 1999. Vol. 39. P. 2615-2631.

    19. Podugolnikova T.A., Kondrashev S.L., Pushchin I. Biplexiform ganglion cell of the tectum opticum. 27th Gottingen Neurobiology Conference. 1999. Vol. 2. P. 63.

    20. Рожкова Г.И., Подугольникова Т.А. Применение интерактивных компьютерных программ для восстановления и развития бинокулярных функций. – В cб. “Социализация инвалидов по зрению”. Санкт-Петербург, 1999 (в печати).

    21. Подугольникова Т.А., Рожкова Г.И. Влияние нарушений бинокулярного зрения на зрительную работоспособность детей дошкольного возраста. В сб. “Социализация инвалидов по зрению”. Санкт-Петербург, 1999 (в печати).

    22. Подугольникова Т.А., Рожкова Г.И. Зрительная работоспособность дошкольников и первоклассников с нормальным и нарушенным бинокулярным зрением. Дефектология. 2000. (в печати).

    23. Rozhkova G.I., Vedenina V.Y., Kamper G. Frequency-intensity characteristics of cricket cercal interneurons: broadband units. J. Comp. Physiol. A 1999. Vol. 184. P. 161-167.

    24. Rozhkova G., Vasiljeva N. Interaction of binocular and stereokinetic depth mechanisms in children. Perception. 1999. Vol. 28 (Suppl.). P. 134-135.

    25. Bukhvaliva M.A., Vedenina V.Yu. Contribution to the study of acoustic signals of grasshoppers (Orthoptera, Acrididae, Gomphocerinae) from Russia and adjacent countries. I. New recording of the colling songs of grasshoppers from Russia and adjacent countries. Russian Entomological Journal, 1999 (in press).

    26. Ревищин А.В., Родионова Е.И., Леонтович Е.А. Соотношение триасом и модулей, окруженных миелиновыми волокнами в стриатуме человека и кошки. Доклады РАН, 1999 (в печати).

    27. Фальцман И.А., Бастаков В.А. Смещение в предпочтении цвета добычи в охотничьем поведении у зеленой жабы Bufo viridis Laur. после пищевого насыщения. Журнал общей биологии. 1999. Т. 6. № 2. С. 199-206.

    28. Bastakov V.A. Properties of retinal ganglion cells and visually guided behavior of the Russian sturgeon Acipenser gueldenstaedti, Brandt. Iugoslav. Physiol. Pharmacol. Acta.1999. Vol. 34. No. 2. P. 305-312.

    29. Bastakov V.A. Estimation of size and distance of moving targets in frogs and toads. Perception. 1999. Vol. 28. P. 73.

    30. Bastakov V.A. Behavior of Rana esculenta Cam. froglets close by the native pond: chemo-orientation and homing. Ann. Zool. Fenici. 1999 (in press).

    31. Вайнцвайг М.Н., Орлов О.Ю., Смолянинов В.В. Биофизика и биоинформатика. В кн.: “II Съезд биофизиков России – Тезисы докладов”, 1999, т. III, с. 936-938.

    32. Лапшин Д.Н. Эхолокационная система ночных бабочек. Энтомологическое обозрение. 1999. Т. 78. № 1. С. 22-39.

    33. Лапшин Д.Н. Ультразвуковая эхолокация ночных бабочек. Природа. 1999. № 3. С. 28-35.

    34. Лапшин Д.Н., Воронцов Д.Д. Чувствительность к звуку шелкопрядов Bombyx mori (Bombycidae, Lepidoptera). Сенсорные системы. 1999. Т. 17. № 4. С. 34-41.

    35. Лапшин Д.Н., Воронцов Д.Д. Чувствительность к звуку шелкопрядов Bombyx mori (Bombycidae, Lepidoptera). В кн.: “II Съезд биофизиков России – Тезисы докладов”, 1999, т. III, с. 1004.

    36. Vorontsov D., Lapshin D. Acoustic activity of noctuid moths in response to pulsing ultrasonic stimuli. In: 27th Gottingen Neurobiology Conference, 1999, v. 1 (86), p. 356.

    37. Lapshin D.N., Vedenina V.Yu. Stimulation by non-sinusoidal signals allows revealing the stimulus parameters that determine responses in criket cercal interneurons. In: 27th Gottingen Neurobiology Conference, 1999, v. 2 (205), p.63.

    38. Голубцов К.В., Орлов О.Ю., Сафронов П.Д., Зуева М.В., Цапенко И.В., Молчанов И.В. Прибор для исследования мультифокальной КЧСМ. Современные аспекты нейроофтальмологии. Сборник материалов 3-й московской научно-практической нейроофтальмологической конференции. 1999. С. 19-20.

    39. Голубцов К.В., Зуева М.В., Цапенко И.В., Орлов О.Ю., Захарова Г.Ю. Зависимость локальных нарушений КЧСМ от патологических изменений в зрительной системе. Современные аспекты нейроофтальмологии. Сборник Материалов 3-й московской научно практической нейроофтальмологической конференции. 1999. С. 36-37.

    40. Голубцов К.В., Айду Э.А.-И., Сафонов П.Д., Зуева М.В., Цапенко И.В. Устройство для снятия утомления зрения оператора ЭВМ. Свидетельство на полезную модель. № 11059 от 16 сентября 1999. Бюллетень № 9.

    41. Голубцов К.В., Хайло Т.С., Куман И.Г., Богданова Л.В., Орлов О.Ю. Устройство для диагностики глаукомы. Свидетельство на полезную модель. № 10070.1999. Бюллетень № 9.