Лаборатория № 9

Лаборатория нейробиологии моторного контроля

Заведующий лабораторией – академик, д.м.н.

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.	Попов К. Е.
к.ф.-м.н.	Иваненко Ю. П.	к.б.н.	Селионов В. А.
к.б.н.	Казенников О. В.	к.б.н.	Сметанин Б. Н.
к.б.н.	Кожина Г. В.	к.б.н.	Талис В. Л.
к.б.н.	Левик Ю. С.	к.б.н.	Шлыков В. Ю.
к.б.н.	Липшиц М. И.

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 (д.б.н. М. Л. Шик с сотрудниками). 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 1982-2001 годах в рамках совместных проектов с Францией был проведен ряд исследований в этом направлении в условиях космических полетов.

основные результаты

Установлена возможность создания центральной нервной системой адекватной системы внутреннего представления собственного тела и внешнего пространства в условиях невесомости. В условиях невесомости во время полета на Международную космическую станцию в октябре 2001 года в рамках российско-французской программы "Андромеда" проведен эксперимент "Когни". В этом эксперименте было продолжено изучение роли гравитации в создании мозгом человека системы внутреннего представления собственного тела и внешнего пространства, необходимой для сенсомоторного управления. Эксперимент включал в себя два исследования. В первом проверялась возможность создания центральной нервной системой адекватной системы внутреннего представления в условиях свободного парения и отсутствия зрительного контроля, то есть на основании информации только от проприоцептивной системы о взаимоположении различных звеньев тела. В другом эксперименте исследовалось влияние невесомости на способность проходить сложные трехмерные траектории в условиях виртуальной реальности.

В 2001 году были проведены исследования позных вибрационных реакций человека на неустойчивых опорах разных типов. Показано, что информация от проприорецепторов мышц, осуществляющих поддержание равновесия во фронтальной плоскости, может по-разному использоваться системой управления в зависимости от сформированной ЦНС внутренней моделью взаимодействия тела с опорой.

Методом транскраниальной магнитной стимуляции установлено возрастание роли двигательной коры в регуляции позы при увеличении сложности двигательной задачи. Для изучения супраспинальных влияний применяли транскраниальную магнитную стимуляцию моторной коры человека при стоянии на устойчивой и неустойчивой опоре. Регистрировали электромиографические ответы камбаловидной мышцы. При переходе от стояния на твердом полу к стоянию на подвижной опоре абсолютный ЭМГ – ответ на транскраниальную магнитную стимуляцию возрастал 2,7 раза. При этом амплитуда Н-рефлекса, отражающая рефлекторную возбудимость мотонейронов спинного мозга, не изменялась. Таким образом показано, что возрастание ЭМГ – ответов камбаловидной мышцы на транскраниальную магнитную стимуляцию при стоянии на подвижной опоре по сравнению с ответами на ровном полу связано не с увеличением рефлекторной возбудимости спинальных мотонейронов, а с повышенной активностью корковых структур. Позный контроль на неустойчивой опоре представляет собой более сложную задачу и поэтому требует вовлечения высокоуровневых супраспинальных структур в процесс сенсомоторной интеграции для поддержания равновесия.

Получены данные о двоякой функции зрения в регуляции позы как основы для построения системы отсчета для ориентации в пространстве и источника информации о движении собственного тела. Для изучения механизмов зрительной стабилизации вертикальной позы человека исследовали спокойное стояние и позные реакции на вибростимуляцию мышечных проприорецепторов при разных условиях зрительного контроля. Устойчивость была наилучшей, а позные реакции на вибрацию наименьшими при открытых глазах. При закрытых глазах и спонтанные колебания тела при спокойном стоянии, и позные реакции значительно возрастали. В условиях горизонтальной инверсии зрительного восприятия (в инвертирующих очках) спонтанные колебания и позные реакции становились еще больше. Параллельный характер изменений спонтанных позных колебаний и реакций на внешние воздействия свидетельствует, что источником стабилизирующего действия зрения может служить как зрительная информация о движении собственного тела относительно окружения, так и неспецифическое зрительное влияние на устойчивость спокойного стояния. Для изучения вклада каждого из этих двух факторов опыты были повторены в условиях стояния с легкой дополнительной опорой. При этом влияние зрения на устойчивость спокойного стояния пропадало, а величина реакций на вибрационную стимуляцию по-прежнему менялась в зависимости от зрительных условий.

С целью выяснения особенностей взаимодействия центральных и периферических механизмов управления локомоцией исследовали влияние вибрации, приложенной к мышцам нижних конечностей в условиях их разгрузки, на параметры произвольных шагательных движений у человека. Показано, что вибрация мышц , в зависимости от места и условий ее приложения, влияет на работу центрального генератора ритмики.

ГРАНТЫ

· Программа "Университеты России – фундаментальные исследования" (№ 2605): "Мозг, движение и системы отсчета". Руководитель – В. С. Гурфинкель.

· Российский фонд фундаментальных исследований (№ 99-04-48015): "Экспериментальное исследование локомотроных автоматизмов у человека". Руководитель – Ю. С. Левик.

· Российский фонд фундаментальных исследований (№ 99-04-48305): "Влияние зрительной дестабилизации на вестибулярные позные реакции у человека". Руководитель – К. Е. Попов.

· Российский фонд фундаментальных исследований (№ 99-04-48450): "Внутренняя система отсчета для сенсомоторных преобразований". Руководитель – М. И. Липшиц.

· Российский фонд фундаментальных исследований (№ 99-04-48758): "Аксиальная мускулатура: моторные и перцептивные эффекты проприоцептивной стимуляции и постуральный тонус". Руководитель – В. С. Гурфинкель.

· Российский фонд фундаментальных исследований (№ 00-04-48156): "Изучение супраспинального контроля и адаптивных механизмов поддержания равновесия при стоянии на неустойчивой опоре". Руководитель – Ю. П. Иваненко.

ПУБЛИКАЦИИ в 2001 г.

Статьи

1. Денискина Н.В., Гурфинкель В.С., Левик Ю.С. Сравнительная роль мышц голеностопного и тазобедренного суставов в регуляции позы человека во фронтальной плоскости при стоянии // Физиология человека. 2001, т. 27, № 3, с. 66-70.

2. Попов К.Е., Сметанин Б.Н., Кожина Г.В. Адаптационные изменения вестибулярных позных реакций человека в условиях горизонтальной зрительной инверсии // Нейрофизиология (Neurophysiology). 2001, v. 33, no. 4, pp. 295-302

3. Wiesendanger M., Kazennikov O., Nirkko A., Roesler K.M. Post-lesion functional resoration of hand dexterity and the principal of motor equivalence. – In: Sensorymotor control, eds.: R. Dengler, A. Kossev. Amsterdam: IOS Press, 2001, pp. 141-149

4. Lipshits M.I., Leone G., McIntyre J., Berthoz A., De Shonen S. Gravity and brain hemispheric specialization in bilateral symmetry detection task // Int. Symposium “International Scientific Cooperation onboard MIR”, Actes/Proceedings, Lyon (France), 19-21 March 2001, p. 121.

5. McIntyre J., Lipshits M.I., Zilli J., Berthoz A. Haptic perception of force and form and the control of force and movement with and without gravity // Int. symposium “International Scientific Cooperation onboard MIR”, Actes/Proceedings, Lyon (France), 19-21 March 2001, p. 123.

6. Semjen A., Lipshits M.I. The accuracy of motor timing under microgravity // Int. symposium “International Scientific Cooperation onboard MIR”, Actes/Proceedings, Lyon (France), 19-21 March 2001, pp. 147-153.

7. McIntyre J., Lipshits M.I., Zaoui M., Gurfinkel V., Berthoz A. Multi-modal reference frames for visual-haptic coordination // Int. symposium “International Scientific Cooperation onboard MIR”, Actes/Proceedings, Lyon (France), 19-21 March 2001, p. 175.

8. McIntyre J., Lipshits M., Zaoui M., Berthoz A., Gurfinkel V. Internal reference frames for representation and storage of visual information: the role of gravity // Acta Astronautica. 2001, v. 49, no. 3-10, pp. 111-121.

9. Roll R., Popov K., Roll J.-P. Adaptation of goal-directed movements in microgravity. – In: International Scientific Cooperation onboard MIR, Proceedings of International Symposium , Lyon (France), CNES, 2001, 165-1.

10. Lipshits M., McIntyre J., Zaoui M., Gurfinkel V., Berthoz A. Does gravity play an essential role in the asymmetrical visual perception of vertical and horizontal line length? // Acta Astronautica. 2001, v. 49, no. 3-10, pp. 123-130.

11. Deniskina N. V., Levik Y.S. Relative contribution of ankle and HIP muscles in regulation of the human orthograde posture in a frontal plane // Neuroscience Letters,.2001, v. 310/2-3, pp. 165-168.

12. Hodges P., Gurfinkel V., Brumagne S., Smith T., Cordo P. The Inverted pendulum model of postural control overlooks the multi-segmented nature of the body: evidence from postural compensation for respiration // Posture and Gait. 2001, pp. 290-293.

13. Mars F., Popov K., Vercher J.-L. Supramodal effects of galvanic vestibular stimulation on the subjective vertical // NeuroReport. 2001, 12:1-4.

В печати

1. Липшиц М.И., Гурфинкель В.С., Лестьен Ф., Ролль Ж.-П. Нейрофизиологические исследования в невесомости. I. Регуляция позы и движений. – В кн. «Орбитальная станция «Мир». Космическая биология и медицина». М.: ГНЦ РФ ИМБП РАН, 2001, т. 2 (в печати).

2. Липшиц М.И., Макинтайер Д., Бертоз А. Нейрофизиологические исследования в невесомости. II. Сенсомоторное взаимодействие и внутренняя система отсчета. – В кн. «Орбитальная станция «Мир». Космическая биология и медицина». М.: ГНЦ РФ ИМБП РАН, 2001, т. 2 (в печати).

3. Липшиц М.И., Гурфинкель В.С., Дешонен С., Макинтайер Д., Бертоз А. Гравитация и полушарная специализация мозга при задаче определения билатеральной симметрии // Физиология человека. 2002 (в печати).

4. Сметанин Б.Н., Попов К.Е, Кожина Г.В. Позные реакции человека на вибрационную стимуляцию мышц голени в условиях зрительной инверсии // Физиология человека, 2002 (в печати).

5. Солопова И.А., Иваненко Ю.П., Левик Ю.С. Позные вибрационные реакции человека во фронтальной плоскости при стоянии на различных типах неустойчивых опор // Физиология человека. 2002 (в печати).

6. Солопова И.А., Казенников О.В., Денискина Н.В., Иваненко Ю.П., Левик Ю.С. Сравнение ответов мышц ног на транскраниальную магнитную стимуляцию при стоянии на устойчивой и неустойчивой опоре // Физиология человека. 2002 (в печати).

7. Kazennikov O., Perrig S., Wiesendanger M. Kinematics of a coordinated goal-directed bimanual task // Beh. Brain. Res. 2002 (in press).

8. Hodges P., Gurfinkel V., Brumagne S., Smith T., Cordo P. Coexistence of stability and mobility in postural control: evidence from T postural compensation for respiration // Experimental Brain Research. 2002 (in press).

9. Bresciani J.-P., Vercher J.-L, Blouin J., Popov K., Bourdin C., Sarlegna F., Gauthier G.M. Galvanic vestibular stimulation in humans produces online arm movement deviations when reaching towards memorized visual targets // Neuroscience Letters. 2002, 318: 34-38 (in press).

Тезисы

1. Левик Ю.С., Шлыков В.Ю. Движения глаз, вызываемые изменениями внутреннего представления о конфигурации тела // XVIII Съезд физиологического общества имени И. П. Павлова. Тезисы докладов. Казань, 25-28 сентября 2001 г., с. 137.

2. Денискина Н.В., Солопова И.А., Изучение роли супраспинальных структур в регуляции позы при стоянии на устойчивой и неустойчивой опорах // Тезисы докладов ежегодной Конференции молодых ученых Института ВНД и НФ РАН, 10-11 октября 2001 г., с. 26-27.

3. Солопова И.А. Позные вибрационные реакции человека на неустойчивых опорах разных типов // XVIII Съезд физиологического общества имени И. П. Павлова. Тезисы докладов. Казань, 25-28 сентября 2001 г., с. 229-230.

4. Попов К.Е., Сметанин Б.Н., Кожина Г.В. Вестибулярные позные реакции в условиях право-левой инверсии зрительного пространства // XVIII Съезд физиологического общества имени И. П. Павлова. Тезисы докладов. Казань, 25-28 сентября 2001 г., с. 199-200.

5. Сметанин Б.Н., Попов К.Е., Кожина Г.В. Позные реакции на вибрационную стимуляцию мышц голени при разных условиях зрительного контроля // XVIII съезд Физиологического общества имени И. П. Павлова: тезисы докладов. Казань, 25-28 сентября 2001 г., с. 226-227.

6. Селионов В.А., Казенников О.В., Левик Ю.С., Гурфинкель В.С. Исследование влияния вибростимуляции мышц на картину произвольных шагательных движений в условиях разгрузки // XVIII Съезд физиологического общества имени И. П. Павлова. Тезисы докладов. Казань, 25-28 сентября 2001 г., с. 222.

7. Липшиц М.И., Макинтайер Д. Внутренняя система отсчета для восприятия зрительной ориентации: роль гравитации // XVIII Съезд физиологического общества имени И. П. Павлова. Тезисы докладов. Казань, 25-28 сентября 2001 г., с. 540.

8. Popov K.E., Smetanin B.N., Kozhina G.V. Short and long term adaptation of vestibular postural response to left-right visual reversal. International Symposium on Neural control of space coding and action production, Lyon (France) March 22-24 2001, 95-96.