Лаборатория № 9

Лаборатория нейробиологии моторного контроля

Заведующий лабораторией – академик Российской академии наук,

д.м.н., профессор Гурфинкель Виктор Семенович

Тел.: (095) 209-28-95, (095) 951-09-60, E-mail: lab9@iitp.ru

 

Ведущие ученые лаборатории:

к.ф.-м.н.

Гришин А. А.

к.б.н.

Липшиц М. И.

к.ф.-м.н.

Иваненко Ю. П.

к.б.н.

Попов К. Е.

к.б.н.

Казенников О. В.

к.б.н.

Селионов В. А.

к.б.н.

Кожина Г. В.

к.б.н.

Сметанин Б. Н.

к.б.н.

Левик Ю. С.

к.б.н.

Шлыков В. Ю.

 

Направления Исследований

Лаборатория нейробиологии моторного контроля Института проблем передачи информации РАН ведет исследования механизмов управления позой и движениями в течение более 25 лет. В последнее время в работе лаборатории большое место занимают вопросы участия системы внутреннего представления в управлении движениями и систем отсчета, используемых организмом для организации двигательного поведения. За последние годы получены данные, показывающие, что при создании иллюзорного представления о положении звеньев тела многие двигательные реакции такие как вестибуломоторные и шейные влияния на мышцы ног, глазодвигательные реакции определяются не реальной конфигурацией тела, а ее отражением в системе внутреннего представления.

В работе лаборатории большое место занимали исследования нейронных механизмов управления локомоцией кошки (руководитель работ д.б.н. М. Л. Шик). В последние годы начаты исследования шагательных автоматизмов у человека.

Пилотируемые космические полеты дают возможность проведения исследований того, как центральная нервная система человека адаптируется к изменившимся условиям, в какой мере гравитационный фактор является существенным в процессах обработки проприоцептивной информации и управления движениями. В 1982-1999 годах в рамках совместных проектов с Францией был проведен ряд исследований в этом направлении в условиях космических полетов.

 

основные результаты

Данные, полученные в исследованиях влияния вибрационной стимуляции мышечных рецепторов на положение тела при стоянии, позволили конкретизировать представления об участии проприоцепции в построении обобщенного описания тела, используемого центральной нервной системой при поддержании вертикальной позы. Это описание, использующее афферентацию от множества рецептивных полей скелетно-мышечной системы, организовано на базе схемы тела и дает информацию о том, насколько тело отклонено в передне-заднем и боковом направлении от эталонного положения и насколько оно “закручено”, т.е. отклонено от симметричного положения. Такое описание представляется естественным с точки зрения механики. Интересно, что и “естественная” система отсчета для вертикальной позы, используемая ЦНС, базируется на этих трех основных компонентах.

В исследованиях на здоровых людях и больных с дефицитом вестибулярной функции получены новые данные о взаимодействии проприоцепции и вестибулярного аппарата". В частности, установлено, что у пациентов со спастической кривошеей вибрация шейных мышц вызывает локальные двигательные ответы, но не вызывает наклона тела вперед, характерного для здоровых людей. Это показывает, что при этом заболевании шейные проприоцептивные входы сохраняют свою эффективность на локальном уровне, но перестают использоваться в системе пространственной ориентации и в управлении положением всего тела.

Исследовали воздействие влияний, повышающих уровень активности центральных тоногенных структур (приём Ендрассика, феномен Конштамама), на генерацию локомоторной ритмики у человека в условиях вывески ног в горизонтальной плоскости. На фоне приема Ендрассика разовые пассивные движения одной конечности запускают непроизвольные шагательные движения, в которые вовлекаются обе конечности. Этот эффект, а также возникновение шагательных движений на фоне сочетания подпороговой мышечной вибрации и приема Ендрассика позволяют предположить, что необходимым условием активации спинальных механизмов генерации шагания является не только усиленный афферентный приток, но и повышение уровня тонической готовности тоногенных структур ЦНС, участвующих в реализации локомоторной программы. Таким образом, локомоторный драйв у человека как минимум двухкомпонентен.

Разработана методика и проведены эксперименты, по исследованию различных аспектов роли гравитации в формировании внутреннего представления собственного тела и внешнего пространства в мозгу человека. Проверялась гипотеза о том, что информация о гравитационной вертикали используется для сопряжения сенсорных и двигательных систем; определялась роль гравитации в построении систем отсчета для кодирования зрительной, проприоцептивной и гаптической информации; исследовались характеристики зрительного, проприоцептивного и гаптического восприятия в условиях невесомости. Были проведены подготовка космонавтов и фоновые предполетные обследования. Выполнение эксперимента на борту орбитальной станции “Мир” проводилось в период с 20 февраля по 28 августа 1999 года во время совместного российско-французского космического полета (экспедиция ЭО-27). После полета были проведены послеполетные обследования. Получены регистрации высокого качества, и в настоящее время ведется их обработка.

В условиях поворота опорной платформы относительно фиксированной в пространстве головы или плечевого пояса измерены моменты сопротивления разных отделах позвоночника при разных угловых скоростях. Получены предварительные данные об отчетливых шейных влияниях на распределение тонического напряжения мускулатуры туловища и ног. Показано, что моменты сопротивления скручиванию позвоночника обусловлены, в основном, механическими свойствами тонически активированных мышц шеи и туловища, в том числе их активными реакциями на изменения длины. Получены данные о том, что глазодвигательные реакции можно вызвать не только с шейного отдела позвоночника, и что при фиксации плечевого пояса, они вызываются и у вестибулоневозбудимых. Подтверждена гипотеза о том, что антикомпенсаторные движения глаз во время скручивания позвоночника определяются изменениями внутреннего представления конфигурации тела, а не прямыми проприоцептивными входами.

 

ГРАНТЫ

ПУБЛИКАЦИИ в 1999 г.

Статьи

    1. Попов К.Е., Ролль Р., Липшиц М. И., Ролль Ж.П., Жильод Ж.К., Гурфинкель В.С. Ошибки целевых движений руки в условиях орбитального полета. Авиакосмическая и экологическая медицина, 1999, т. 33, № 2, с. 3-5.

    2. Сметанин Б.Н., Попов К.Е. Влияние адаптации к положению лежа на ошибки указывания и зрительную оценку мест предъявления мишеней. Neirofiziologiya/Neurophysiology, 1999, № 31, с. 23-31.

    3. Сметанин Б.Н., Попов К.Е. Ошибки целевых движений руки при разной ориентации тела относительно гравитационной вертикали. Авиакосмическая и экологическая медицина, 1999, т. 33, № 5, с. 26-30.

    4. Денискина Н.В. Изучение механизма регуляции вертикальной позы человека во фронтальной плоскости при стоянии. Физиология человека, 1999, т. 25, № 4, с. 97-105.

    5. Gurfinkel V.S., Ivanenko Y.P., Levik Y.S., Kazennikov O.V., Selionov V.A. The neural control of posture and locomotion: A lock with two keys. In: "Motor Control Today and Tomorrow". G. N. Gantchev, S. Mori, J. Massion (Eds.). Sofia: Bulgarian Academy of Sciences, Academic Publishing House, 1999.

    6. Talis V.L., Ivanenko Y.P., Kazennikov O.V. Do support instability influence postural reactions to muscle vibration? In: "From Basic Motor Control to Functional Rrecovery". N. Gantchev & G. N. Gantchev (Eds.). Academic Publishing House, Sofia, 1999, p. 98-102.

    7. Popov K.E., Lekhel H., Faldon M., Bronstein A.M., Gresty M.A. Visual and oculomotor responses induced by neck vibration in normal subjects and labyrinthine-defective patients. Experimental Brain Research, 1999, 128: 343-352.

    8. Grasso R., Ivanenko Y.P., Lacquaniti F. The time course of postural responses to neck proprioceptive and galvanic vestibular stimulation in humans. Neurosci. Lett. 1999, 273 (2): 121-124.

    9. Popov K. E., Kozhina G. V., Smetanin B. N., Shlikov V. Yu. Postural responses to combined vestibular and hip proprioceptive stimulation in man. Europ. J. of Neurosci., 1999, 11, 9, p. 3307-3311.

    10. Ivanenko Y.P., Grasso R., Lacquaniti F. Effect of gaze on postural responses to neck proprioceptive and vestibular stimulation in humans. J. Physiol. (Lond). 1999. 519 (Pt 1): 301-314.

    11. Ivanenko Y.P., Talis V.L., Kazennikov O.V. Support stability influences postural responses to muscle vibration. Eur J Neurosci. 1999, 11 (2): 6 47-654.

    12. Viaud-Delmon I., Ivanenko Y.P., Israel I. Non-specific directional adaptation to asymmetrical visual-vestibular stimulation. Cogn. Brain Res. 1999, 7 (4): 507-510.

    13. Ivanenko Y.P., Viaud-Delmon I., Sémont A., Gurfinkel V.S., Berthoz A. Eye movements during torso rotations in labyrinthine defective subjects. J. Vest Res. 1999, 9 (6): 401-412.

    14. Viaud-Delmon I., Ivanenko Y.P., Berthoz A., Jouvent R. Adaptation as a sensorial profile in trait anxiety: A study with virtual reality. Journal of Anxiety Disorders. 1999 (in press).

    15. Гурфинкель В.С., Иваненко Ю.П., Левик Ю.С. Соотношения сила – жесткость скелетной мышцы зависит от уровня активации сократительного аппарата и предыстории сокращения. Физиология человека, 1999, т. 25, № 3, с. 95-101.

    16. Талис В.Л., Солопова И.А. Влияние дополнительной опоры на вибрационные реакции у человека в положении стоя. Физиология человека, 1999, т. 25, № 3, с. 102-110.

    17. Иваненко Ю.П., Талис В.Л., Казенников О.В. Позные реакции на вибрацию ахилловых сухожилий и мышц шеи на неустойчивой опоре. Физиология человека, 1999, т. 25, № 2, с. 107-113.

    18. Гурфинкель В.С., Левик Ю.С. Мышечная рецепция и обобщенное описание положения тела. Физиология человека, 1999, т. 25, № 1, с. 87-97.

    19. Lipshits M., McIntyre J. Gravity affects the preferred vertical and horizontal in visual perception of orientation. NeuroReport, 1999, v. 10, No. 5-6, p. 1085-1089.

    20. Липшиц М.И., Макинтайр Д., Поляков А.В. Исследование влияния невесомости на воспроизведение заданного положения при различных режимах работы рукоятки. Проблемы нейрокибернетики, 1999, с. 96-99.

    21. Stapley P.J., Pozzo T., Cheron G., Grishin A. Does the coordination between posture and movement during human whole-body reaching ensure center of mass stabilization? Exp. Brain. Res., 1999, v. 129 (1), p. 134-146.

    22. Perrig S; Kazennikov O; Wiesendanger M Time structure of a goal-directed bimanual skill and its dependence on task constraints. Behav. Brain Res. 1999 Aug;103 (1): 95-104.

Тезисы

    1. Ivanenko Y.P., Grasso R., Lacquaniti F. Walking speed can be modulated by tonic proprioceptive input. Society for Neuroscience, 29th Annual Meeting, Miami, Oct. 23-28, 1999.

    2. Ivanenko Y.P., Grasso R., Lacquaniti F. Tonic proprioceptive influences on centrally generated locomotor rhythm in humans. Neural Plasticity. 1999, Supplement 1., Abstracts of the 31th Annual General Meeting of the European Brain and Behaviour Society – EBBS, Rome, Sept. 1999, p. 78.

    3. Talis V.L., Ivanenko Y.P., Kazennikov O.V. Do support instability influence postural reactions to muscle vibration? Conference on Motor Control, St. Constantine, Varna, Bulgaria, Sept. 22-26, 1999.

    4. Ivanenko Y.P., Grasso R., Lacquaniti F. Gaze priority for redirecting automatic postural responses. Meeting of the Italian Physiological Society, Rome, September 1999.

    5. Viaud-Delmon I., Ivanenko Y.P., Landis T., Berthoz A. Lack of anticipatory gaze orienting responses in spatial neglect. IVth International Symposium on the Head/Neck System, Tokyo, August 1999.

    6. Grasso R., Ivanenko Y.P., Lacquaniti F. Natural coordinate frames for the integration of posture, locomotion and navigation. In: 14 Symposium of the International Society for Posture and Gate Research, Waterloo, Canada, July 10-15, 1999, Gait & Posture v. 9 (1): S8.

    7. Grasso R., Ivanenko Y.P., Lacquaniti F. Effect of tonic proprioceptive input from individual muscles on human locomotion: towards the identification of muscle “sensory” synergies. Paris, France, June 25-26, 1999.

    8. Cordo PJ, Hodges PW, Brumagne S, Smith S, Gurfinkel VS. The Sit-Up – Preparatory Postural Movement Coupled to a Focal Movement. Gait and Posture, Vol. 9, Suppl. 1, July 1999, p. S58

    9. Levik Y.S., Gurfinkel V.S., Kazennikov O.V., Selionov V.A. The Endrassik manoeuvre creates conditions for initiation of involuntary stepping movements. Neural Plasticity. 1999, Supplement 1., Abstracts of the 31th Annual General Meeting of the European Brain and Behaviour Society – EBBS, Rome, Sept. 1999, p. 78-79.

    10. Денискина Н.В. Изучение роли мышц голени и бедра в регуляции позы человека во фронтальной плоскости при стоянии. Российский журнал биомеханики, 1999, № 2, с. 45-46.

    11. Киреева Т. Б. Зависимость ответа на вибрацию мышц голени от устойчивости позы. Российский журнал биомеханики, 1999, № 2, с. 62-63.

    12. Левик Ю.С., Шлыков В.Ю. Исследование тонуса аксиальной мускулатуры человека. Российский журнал биомеханики, 1999, № 2, с. 77-78.

    13. Липшиц М.И., Макинтайр Д. Роль гравитации в доминантности вертикали и горизонтали в зрительном восприятии ориентации. Российский журнал биомеханики, 1999, № 2, с. 78-79.

    14. Селионов В.А., Левик Ю.С., Казенников О.В., Гурфинкель В.С. Кинематический анализ автоматического и произвольного шагания в условиях разгрузки конечностей у человека. Российский журнал биомеханики, 1999, № 2, с. 109-110.

    15. Солопова И.А., Казенников О.В. Влияние дополнительного контакта на поддержание равновесия при стоянии на неустойчивой опоре. Российский журнал биомеханики, 1999, № 2, с. 120.

    16. Шлыков В.Ю. Поддержание человеком равновесия при контакте руки с дополнительной опорой. Российский журнал биомеханики, 1999, № 2, с. 135.

    17. Talis V.L., Kazennikov O.V. Involuntary foot movement induced by muscle vibration. International Conference, Progress in Motor Control-II "Structure-function relations in voluntary movement", August 19-22,1999, Pennsylvania State University, p.157

    18. Talis V.L., Carvalho R.L., Jaric S., Almeida G.L. Does constraining a redundant degree of freedom affect learning performance? International Conference, Progress in Motor Control-II "Structure-function relations in voluntary movement", August 19-22, 1999, Pennsylvania State University, p.158.

    19. Carvalho R.L., Talis V.L., Jaric S., Almeida G.L. Learning of 2-d pointing task with constrained and non-constrained elbow joint. International Conference of Biomechanick, 24-26 May, 1999, Florianopolis, Brazil.

    20. Carvalho R.L., Talis V.L., Almeida G.L. Effect of training in Normal and Down Syndrome person during balancing on unstable support. International Conference of Physical Therapy, 5-9 October, 1999, Salvador, Brazil.