Лаборатория нейробиологии моторного контроля Института проблем передачи информации РАН ведет исследования механизмов управления позой и движениями в течение более 30 лет. В настоящее время в работе лаборатории большое место занимают вопросы изучения 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 традиционно большое внимание уделялось изучению нейронных механизмов управления локомоцией кошки (д.б.н. М. Л. Шик с сотрудниками). В продолжение работ этой научной школы сотрудниками лаборатории ведутся 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 1982-2003 гг. в рамках совместных проектов с Францией, Европейским космическим агентством и НАСА был проведен ряд исследований в этом направлении в условиях космических полетов.

Продолжались исследования роли моторной коры человека в управлении позой и движениями методом транскраниальной магнитной стимуляции. В этих исследованиях сравнивали ответы мышц ног на стимуляцию моторной коры при обычном стоянии и стоянии на неустойчивой опоре в виде пресс-папье. Показано, что неустойчивость опоры, усложняющая задачу поддержания равновесия, увеличивает мышечные ответы на транскраниальную магнитную стимуляцию. В то же время, исследования Н-рефлекса показали, что неустойчивость опоры не ведет к повышению возбудимости спинальных мотонейронов. Из этого сделан вывод о возрастании роли моторной коры при усложнении задачи поддержания равновесия, требующей изменения стратегии управления. В других экспериментах изучали роль моторной коры в упреждающих позных реакциях в бимануальной двигательной задаче. В этой задаче испытуемый удерживал одной рукой груз, затем этот груз снимал либо он сам, либо экспериментатор. Сравнение ЭМГ-ответов мышц руки на транскраниальную магнитную стимуляцию в ситуациях активной и пассивной разгрузки показало, что осуществление упреждающих позных реакций (позная преднастройка), по всей видимости, не требует дополнительного вовлечения корковых структур.
В рамках исследований связи константности восприятия и системы внутреннего представления изучались те внутренние правила, которыми руководствуется ЦНС при выборе системы отсчета, в которой анализируется и интерпретируется информация, поступающая от зрительной и проприоцептивной системы. Для этого у стоящего с закрытыми глазами человека регистрировали горизонтальные движения глаз, а также моменты мышц туловища в разных отделах позвоночника при поворотах относительно вертикальной оси. Оказалось, что мышечные моменты достоверно увеличивались при уменьшении частоты вращения, в то время как моменты пассивных упруго-вязких сил должны возрастать с ростом угловой скорости. Рост тонуса аксиальных мышц на малых скоростях, связан с тем, что при уменьшении скорости вращения увеличивается субъективная оценка испытуемыми амплитуды поворотов и, соответственно, амплитуда движений глаз. Таким образом, ответы мышц туловища на скручивание позвоночника определяются изменениями в формируемом мозгом внутреннем представлении о конфигурации тела, а не прямыми входами с рецепторов. Здесь отчетливо проявляется связь между высшими и низшими уровнями системы управления движениями. Подтверждена также гипотеза о том, что антикомпенсаторные движения глаз в ответ на скручивание позвоночника определяются изменениями во внутреннем представлении о конфигурации тела, а не прямыми проприоцептивными входами. Возможно, такие упреждающие ориентационные движения помогают в формировании устойчивой системы отсчета, необходимой для программирования и реализации движений.
Физиологические механизмы зрительной стабилизации вертикальной позы исследовали путем оценки характеристик спокойного стояния и позных реакций на вибрационную стимуляцию мышечных проприорецепторов в разных условиях зрительного контроля: при открытых и закрытых глазах и в призматических очках. Сделан вывод о двоякой функции зрения в регуляции позы как основы для формирования пространственной системы отсчета и как источника информации о движении собственного тела относительно этой системы.
Были проведены исследования роли различных источников сенсорной информации в формировании представления о вертикали. Для этого сравнивали восприятие, запоминание и воспроизведение ориентационной зрительной информации в наземных условиях с введением рассогласования между информацией о положении тела и головы и гравитацией (на наклонном кресле) и в условиях длительного орбитального космического полета. Эксперименты проводились на 6-и космонавтах в условиях невесомости при фиксированном положении и при свободном плавании и на 13-и обследуемых на земле. Показано, что в наземных условиях ЦНС использует мультимодальную систему отсчета, основанную как на проприоцептивной, так и на гравитационной информации. Во время длительного пребывания в невесомости ЦНС вырабатывает систему отсчета, учитывающую отсутствие гравитационных сил.
Перемещение в пространстве требует от человека способности формировать мысленное представление о своем окружении. Это внутреннее представление о пройденной траектории возникает на базе интеграции зрительной, вестибулярной и проприцептивной информации. Известно, что в наземных условиях повороты направо и налево воспринимаются одинаково, а в восприятии поворотов вверх и вниз существует выраженная асимметрия - повороты вниз воспринимаются большими. Для выяснения роли гравитации в этой асимметрии были обработаны данные экспериментальных исследований, проведенных на Международной Космической Станции в условиях невесомости. Исследовалось прохождение испытуемым виртуального трехмерного лабиринта и воспроизведение пройденной траектории по памяти. Предварительные данные показали снижение асимметрии восприятия поворотов в невесомости. Сделан вывод о том, что если в земных условиях гравитация играет важную роль в формировании мультимодальных систем отсчета, то в невесомости основную роль играет зрительная система, а при исключении зрения используется система отсчета, привязанная к естественным осям тела человека. Изменяется и электроэнцефалографическая картина активности коры больших полушарий во время выполнения таких задач.
Продолжались исследования нейрофизиологических механизмов активации и управления локомоцией, изучалась природа шагательного автоматизма у здорового человека, периферические влияния на шагательные движения в условиях произвольного и вызванного шагания. Основная проблема связана с поисками методов активации и управления шаганием посредством периферических и центральных воздействий.
Начаты исследования динамических особенностей движения у больных с эндопротезом тазобедренного сустава с использованием подометрии, электромиографии и стабилографии. Разработан метод определения состояния опорно-двигательного аппарата человека по параметрам изменений реакции опоры во время простого движения - вставания со стула. Метод применяется для оценки эффективности реабилитационных мероприятий у больных.
В рамках сотрудничества с лабораторией моторных систем неврологической клиники Бернского университета и лабораторией нейрофизиологии слуха и моторного контроля Института физиологии Фрибургского университета проведены исследования координации движений двух рук у обезьяны в двигательной задаче, требующей координации двух разных по типу движений правой и левой руки. Было показано, что целью системы управления является обеспечение одновременности достижения целей движения каждой из рук.
С целью выяснения того, как происходит формирование схемы тела в онтогенезе, как в процессе созревания двигательной системы меняется точность внутреннего представления длин звеньев в процессе созревания двигательной системы, изучалась точность указывания характерных точек руки (локтя, запястья, конца среднего пальца) без зрительного контроля у взрослых и у детей 4-11 лет. Регистрировалась начальная ошибка восприятия и динамика ее возрастания со временем. Установлены существенные возрастные отличия в точности внутренней модели верхней конечности: у детей при отсутствии зрительного контроля происходит кажущееся укорочение и предплечья, и кисти, а у взрослых, в основном, - только предплечья. Показано, что эффективность использования зрительной информации для коррекции внутреннего представления о положении конечности у детей до 6-7 лет значительно ниже, чем у детей старших возрастов и у взрослых.