3. Руководитель научной школы. Ведущие ученые научной школы.

3. Руководитель научной школы. Ведущие ученые научной школы.

Соколов Евгений Николаевич, профессор, академик РАО, иностранный член NAS (национальной Академии Наук, США), лауреат премии столетия Всемирной Психофизиологической Организации (IOP). Лауреат «Премии столетия» профессор Е. Н. Соколов - один из ведущих представителей отечественной психофизиологии, ученый с мировым именем, активный организатор нейронаук в стране и за рубежом.     

Становление научно-педагогической школы психофизиологии в Московском университете в 1950 – 1971 годах неразрывно связано с именами ныне широко известных ученых - проф. Е. Н. Соколова (ф-т психологии МГУ), проф. Н. Н. Даниловой (ф-т психологии МГУ), проф. Ч. А. Измайлова (ф-т психологии МГУ), проф. Г. Г. Аракелова (ф-т психологии МГУ), проф. А. М. Черноризова (ф-т психологии МГУ), проф. О. С. Виноградовой (Ин-т биофизики г. Пущино-на-Оке), проф. Э. А. Голубевой (Ин-т педагогической психологии РАО), проф. Л. Г. Воронина (зав. каф. ВНД биофака МГУ), проф. В. Б. Полянского (биофак МГУ).

 

4. Направления исследований в рамках научной психофизиологической школы на современном этапе (1971 – 2006 г. г. ).

 

Фундаментальная психофизиология.

Базовая научная концепция (парадигма исследования) школы. Векторная психофизиология.

Реализованные сотрудниками кафедры многолетние (1950-2003 г. г. ) комплексные психофизиологические исследования мозговых механизмов психики на основе подхода «человек-нейрон-модель», позволили сформулировать общие принципы организации сенсорных и исполнительных систем мозга в виде модели «концептуальной рефлекторной дуги" и разработать на ее основе векторную концепцию переработки информации в нейронных сетях «Человек-нейрон-модель». В соответствии с этим подходом, психофизиологическое исследование начинается с анализа поведенческих реакций, а также вегетативных и электроэнцефалографических реакций на макроуровне. В этом случае выявляются закономерности в виде соотношения " вход-выход". Наиболее известными здесь являются психофизические закономерности, основанные на регистрации речевых или произвольных двигательных реакций в условиях строгого контроля параметров стимуляции. Аналогичный подход используется в психофизиологии при регистрации вегетативных реакций, вызванных потенциалов и изменений фоновой электрической активности мозга в надежде раскрыть физиологические механизмы субъективных явлений. Однако, ни вегетативные, ни электроэнцефалографические показатели не имеют прямого отношения к реализации собственно субъективных явлений. Наиболее тесно с возникновением субъективных явлений связаны реакции нейронов высших отделов мозга. Как объединить данные, полученные на макроуровне с результатами регистрации реакций отдельных нервных клеток на микроуровне. Интеграция этих данных в рамках психофизиологии достигается построением модели в виде системы связанных между собой нейроноподобных элементов. К модели предъявляются два жестких требования: вся модель в целом должна воспроизводить закономерности макроуровня, а реакции каждого нейроподобного ее элемента должны соответствовать реакциям соответствующих им реальных нейронов. Таким образом, весь ход психофизиологического исследования можно представить схемой: человек (макроуровень) - нейрон (микроуровень) - модель (интеграция макро и микроуровней).

Когда модель создана, начинается ее проверка, уточнение или модификация на основе натуральных экспериментов, подсказанных моделью как формой рабочей гипотезы. Обобщенную модель информационных процессов в нейронных сетях можно представить в виде модели концептуальной рефлекторной дуги.

Концептуальная рефлекторная дуга (КРД). Первым блоком КРД является блок рецепторов, выделяющих определенную категорию входных сигналов. Вторым блоком является блок предетекторов, трансформирующих сигналы рецепторов в форму, эффективную для селективного возбуждения детекторов, образующих карту отображения сигналов. Карты детекторов проецируются параллельно на командные нейроны, управляющие реакциями через блоки премоторных нейронов. Блоки мотонейронов и эффекторов образуют механизм реализации реакций. Командные нейроны и мотонейроны, а также входы детекторов к командным нейронам находятся под контролем со стороны модулирующих нейронов. Параллельный путь модуляции сенсорного потока представлен проекцией детекторных карт на нейроны новизны и тождества. События, представленные на детекторных картах, записываются в нейронах долговременной памяти. Удержание следа в кратковременной памяти также реализуется при участии специализированных нейронов. На командных нейронах сходятся пути от детекторов, нейронов долговременной и кратковременной памяти. Модулирующие нейроны определяют приоритеты срабатывания командных нейронов.

Все перечисленные блоки образуют первую сигнальную систему. Для человека характерным является блок " сигнала сигналов" - вторая сигнальная система. Вторая сигнальная система представлена специальными нейронами, реализующими символьную функцию, когда сигнал-символ выступает заместителем группы событий, представленных на нейронах долговременной памяти.

Векторная психофизиология - раздел психофизиологии, основанный на данных о векторном кодировании информации в нейронных сетях, организованных и функционирующих по принципам концептуальной модели рефлекторной дуги.

Стимул, воздействуя на ансамбль нейронов, порождает в каждом из них определенный уровень возбуждения. Комбинация этих возбуждений образует вектор возбуждения, кодирующий входное воздействие. Вектор возбуждения подвергается в нейрональных сетях операции нормировки, в результате чего самые разные стимулы, воздействующие на данный ансамбль нейронов, порождают равные по длине векторы возбуждения. При постоянной длине векторов возбуждения, сигналы кодируются разными направлениями векторов возбуждения. При этом все множество стимулов, представленных этими векторами возбуждения, располагаются на сфере в пространстве, размерность которого определяется числом независимых нейронов в ансамбле. Различие между стимулами в нервной системе определяется евклидовым расстоянием между концами векторов возбуждения, которые эти стимулы представляют. Принцип векторного кодирования распространяется на управление внешними реакциями. Командный нейрон, передавая управляющий вектор возбуждения на ансамбль премоторных нейронов, которые через мотонейроны определяют компоненты вектора поведенческой реакции. Векторное кодирование имеет место и в управлении вегетативными реакциями. Речевые реакции также реализуются на основе принципов векторного кодирования. Векторное кодирование участвует в процессе ассоциативного обучения (процедурная память).

Термином «векторная психофизиология» можно кратко охарактеризовать суть новой научной концепции в современной психофизиологии, образующей базис для формирования новой психологической школы – научно-педагогической школы психофизиологии в Московском университете. Эта концепция объединяет в рамках единой непротиворечивой системы понятий «детекторную» и «ансамблевую» теории кодирования сенсорной информации. Более того, согласно этой концепции, векторный принцип кодирования распространяется и на нейронные механизмы исполнительных и модулирующих механизмов, что позволяет объяснить удивительную согласованность во взаимодействии сенсорной сферы и поведения.

 

Основные научные достижения школы в области векторной психофизиологии.

Внешний раздражитель представлен в нервной системе определенной комбинацией возбуждений нейронного ансамбля – вектором возбуждения. Важнейшей операцией, реализуемой в нейронных сетях, является нормировка вектора возбуждения, в результате чего сигналы кодируются разной ориентацией вектора возбуждения. Нормировка вектора возбуждения означает, что все множество сигналов в нервной системе представлено на поверхности сферы, размерность которой определяется числом независимых элементов нейронного ансамбля. Различия между сигналами измеряются евклидовыми расстояниями между концами векторов возбуждения, которые эти сигналы представляют. Векторное кодирование означает, что в нейронных сетях внешнему сигналу ставится в соответствие вектор возбуждения комбинация возбуждений элементов нейронного ансамбля. Различие между сигналами в нервной системе кодируется абсолютной величиной разности тех векторов возбуждения, которые эти стимулы генерируют. Исследование цветового зрения человека показывает, что воспринимаемый цвет определяется направлением фиксированного по длине четырехкомпонентного вектора возбуждения. Спектральные характеристики координат отдельных векторов возбуждения соответствуют спектральным характеристикам возбуждений четырех типов нейронов: двух цветооппонентных (красно-зеленых и сине-желтых) и двух ахроматических (яркостных и темновых). Субъективное различие между цветами равно модулю разности их векторов возбуждения. Три угла цветовой гиперсферы соответствуют цветовому тону, светлоте и насыщенности.  

Представление субъективных различий между стимулами евклидовыми расстояниями между концами соответствующих им векторов возбуждения открывает новые перспективы перед методом многомерного шкалирования, которое из формальной процедуры редукции данных становится приемом, позволяющим на основе психофизических данных раскрывать нейронную организацию исследуемой функции.

Время простой двигательной реакции при обнаружении цветовой фигуры на цветовом фоне определяется модулем разности векторов возбуждения фигуры и фона. Чем больше модуль разности векторов возбуждения для фигуры и фона, тем время реакции меньше, достигая при максимальных различиях несократимого минимума времени реакции.

Детекторная теория рассматривает порог различения как угловое расстояние между соседними детекторами. Длина дуги, разделяющей на цветовой гиперсфере два стимула, равна сумме порогов (числу детекторов между точками, представляющими стимулы). Субъективное различие, равное евклидову расстоянию между этими точками, меньше суммы порогов. Это различие объясняет расхождение между законом Фехнера (сумма порогов равная дуге) и законом Стивенса (евклидово расстояние между точками, представляющими стимулы).       

Управление реакциями осуществляется также комбинациями возбуждений, генерируемых командными нейронами. Важнейшими элементами нейронной сети, участвующими в обработке информации служат нейроны-модуляторы, изменяющие коэффициенты синаптических связей между нейронами. Процесс выработки условного рефлекса связан с трансформацией синаптических контактов между элементами нейронного ансамбля, кодирующими сигнал на входе, и командным нейроном, управляющим данной реакцией. Этот набор синаптических связей образует вектор синаптических связей. В ходе выработки условного рефлекса вектор синаптических связей становится коллинеарным вектору возбуждения. Реакция командного нейрона, равная скалярному произведению вектора возбуждения и вектора синаптических связей, достигает при этом максимума. Соответственно, вероятность вызова условной реакции на подкрепляемый раздражитель достигает максимума. Вероятность вызова реакции на дифференцировочный раздражитель определяется скалярным произведением вызываемого им вектора возбуждения и сформированного вектора связей. Таким образом, исследование вероятностей условных реакций открывает возможность расшифровки принципов кодирования сигнала нейронным ансамблем. Исследование условных реакций на цветовые стимулы у обезьян и рыб, обладающих цветовым зрением, показало, что все множество цветов можно представить точками на поверхности сферы в четырехмерном пространстве. Декартовы координаты этого пространства соответствуют возбуждениям четырех цветокодирующих нейронов: красно-зеленого, сине-желтого, яркостного и темнового. Три угла гиперсферы соответствуют субъективным аспектам цвета у человека: цветовому тону, светлоте и насыщенности. Таким образом, векторная модель цветового зрения, определяя нейрофизиологические и психофизические характеристики цветового зрения, подтверждает предложенные принципы кодирования сигналов и механизмов обучения.

Существуют две формы декларативной памяти: образная и семантическая. При формировании условного рефлекса память реализуется в тех пластичных синаптических контактах командного нейрона, по которым он получал возбуждения. При переучивании веса синапсов принимают новые значения. Это соответствует свойствам процедурной памяти. Образная долговременная декларативная память связана с формированием " гностических единиц" нейронов, фиксирующих отдельные события. Возбуждение " гностических единиц" долговременной памяти в отсутствие внешнего воздействия приводит к возникновению представления, соответствующего этому событию. Декларативная память, регистрируя события, затем устойчиво их сохраняет. Собственные векторы этой матрицы образуют базис пространства декларативной памяти, в котором следы эталонов представлены точками. Сравнение пространства декларативной памяти с перцептивным пространством тех же стимулов, но воспринимаемых непосредственно, показывает их изоморфизм. След каждого эталона связан со следовым вектором возбуждений, который может сопоставляться с афферентным вектором возбуждения, приводя к субъективной оценке различия следа и актуально действующего стимула. Изоморфизм пространства декларативной памяти и пространства предетекторов означает, что экран декларативной памяти также представляет собой сферическую поверхность. Кратковременная (рабочая, оперативная) память хранит след события в легко доступной для различных когнитивных операций форме. Исследование кратковременной памяти основано на разном по длительности отставлении тестового стимула от эталона при оценке различия между ними. Матрица субъективных различий между эталоном и отставленным по времени тест-стимулом позволяет построить пространство краткосрочной памяти, которое практически совпадает с пространством непосредственного восприятия этих стимулов. Вектор возбуждения краткосрочной памяти может сопоставляться с вектором возбуждения тест-стимула, что приводит к генерации оценки их различия.

Семантическая память - форма декларативной памяти - хранит связи групп элементов образной памяти с другим ее элементом, являющимся символом этой группы. Элементы группы образуют значение символа. При подаче стимула-символа происходит активация элементов символизируемой группы. Возбуждение этих элементов образует вектор возбуждения образной декларативной памяти. При подаче другого стимула-символа возбуждается другой ансамбль элементов долговременной памяти, образующих другой вектор возбуждения. Абсолютная разность величин этих векторов возбуждения определяет семантическое различие этих стимулов-символов. Если вектора возбуждения, генерируемые стимулами-символами, совпадают, то такие символы являются синонимами. Предъявляя испытуемому пары стимулов-символов для оценки различия их значений можно получить матрицу субъективных семантических различий и на ее основе построить семантическое пространство. Семантическое пространство изоморфно тому пространству памяти, на основе которого определяются значения символов. Каждый стимул-символ представлен в семантическом пространстве вектором возбуждения образной памяти. Стимулы-символы сами могут составлять группы, представленные символами высшего порядка. Изоморфизм перцептивных, мнемических и семантических пространств является еще одним доказательством Павловского принципа взаимодействия сигнальных систем и открывает новые возможности в раскрытии мозговых механизмов первой и второй сигнальных систем.

Векторный принцип управления реакциями обнаруживается в реакциях изменения частоты сердечного ритма. Комбинации возбуждений симпатической и парасимпатической систем образуют векторное пространство. Разным рефлексам, ориентировочному и пассивно-оборонительному, соответствуют разные траектории изменений в этом векторном пространстве и, соответственно, разные реакции изменений сердечного ритма. Спектральный анализ обнаруживает разные по частоте колебания сердечного ритма, что предполагает четырехкомпонентную структуру:  двух дыхательных модуляторов, сосудистых колебаний и гуморальных осцилляций. Четырехмерная векторная структура обнаруживается и при изучении кросс-спектров дыхания и сердечного ритма. При этом вклад сосудистого и гуморального компонентов в сердечный ритм и дыхание возрастает с ростом личностной тревожности и увеличением информационной нагрузки. Модуляторы сердечного ритма коррелируют с различными ритмами ЭЭГ (Данилова Н. Н., 1995, 1998; Данилова Н. Н., Астафьев С. В., 2000).

Векторный подход к кодированию внешних сигналов, обучению и управлению реакциями открывает возможность интеграции нейронных механизмов и психологических закономерностей в единой непротиворечивой модели исследуемого психологического процесса.

С 1997г. кафедра проводит часть своих исследований на базе Центра магнитно-резонансной томографии при МГУ с применением новейших технологий современной нейронауки . Эти исследования направлены на объединение данных расчетов локализации источников ЭЭГ- активности, получаемых в психофизиологических опытах с человеком, со структурными томографическими срезами мозга конкретного испытуемого. Сотрудничество с Центром продолжается по настоящее время, в том числе и на основе межфакультетских Грантов 1998-2003 г. г. (Данилова Н. Н., Быкова. Пирогов, Соколов Е. Н., 2000, 2002, Данилова Н. Н., 2003, Вартанов А. В., 2002, 2003).

Результаты теоретических и экспериментальных исследований при изучении разных форм зрительного восприятия, эмоций, памяти, обучения, семантики и состояний изложены в ряде монографий и программных статей - " Искусственные органы чувств" (Соколов Е. Н., Г. Г. Вайтнявичус, Фомин С. В., 1975), " Нейробионика" (Соколов Е. Н., А. Г. Шмелев, 1983), " Research strategy in psychophysiology" (Sokolov, 1983), " The Conceptual Reflex Arc: A Model of Neural Processing as Developed for Color Vision" (Sokolov, 1983), " Цветовое зрение" (Ч. А. Измайлов, Соколов Е. Н., 1984), «Принцип векторного кодирования в психофизиологии» (Соколов Е. Н., 1995), «Теоретическая психофизиология» (Соколов Е. Н., 1986), " Психофизиология цветового зрения" (Измайлов Ч. А., Черноризов А. М., Соколов Е. Н., 1989), «Нейроинтеллект: от нейрона к нейрокомпьютеру» (Вайткявичус Г. Г., Соколов Е. Н., 1989), «Функциональные состояния: механизмы и диагностика» (Данилова Н. Н., 1985), «Психофизиологическая диагностика функциональных состояний» (Данилова Н. Н., 1992), «Векторный код в восприятии стимулов и реализации движений» (Соколов Е. Н., 2001), «The Orienting Response in Information Processing” (совм. с J. A. Spinks, R. Naatanen, H. Lyytinen, 2002), «Сферическая модель когнитивных и исполнительных механизмов» (Соколов Е. Н., 2002), “Computation of semantic differences” (Sokoloiv E. N., 2003), «Восприятие и условный рефлекс. Новый взгляд» (2003) и многие другие. Результаты этого цикла исследований отражены в курсе лекций, прочитанных проф. Е. Н. Соколовым в 1996г. в Университете Вашингтона в г. Сант-Луис (США), а также в докладах на XXYI Международном психологическом конгрессе (Канада, г. Монреаль, 1996) и на 13^м Международном психофизиологическом конгрессе (Турция, г. Стамбул, 2006).

По результатам научных исследований сотрудниками, аспирантами и студентами кафедры опубликовано свыше 600 статей в отечественных и зарубежных изданиях (Plenum Press, Oxford Press, Erlbaum Press).

 

Другие направления фундаментальных исследований на кафедре психофизиологии.   

В последние годы на кафедре психофизиологии интенсивно развивается направление, связанное с изучением роли высокочастотной ритмической активности мозга (гамма-ритма) в нейронных механизмах, модулирующих процесс кодирования информации на сенсорном и исполнительном уровнях.

На основе применения комплекса методов, измеряющих активность узкополосных гамма осцилляторов по многоканальной ЭЭГ человека, а также определения его источников в структурах мозга с помощью дипольного анализа и использования томографических магнитно-резонансных срезов мозга обследуемых лиц показано, что кратковременные вспышки гамма-ритма представляют собой особую высокочастотную форму активации локальных нейронных сетей мозга. Гамма-ритм как универсальный механизм активации включен во все сенсорные и когнитивные процессы. Экспериментальные результаты, подтверждающие это положение, получены в отношении восприятия, произвольного и непроизвольного внимания, процессов памяти. Показано, что мозг использует множество разночастотных и узкополосных гамма осцилляторов. Каждый из них характеризуется острой и избирательной настройкой на определенную частоту. Узкополосные гамма-осцилляторы, переходя в режим генерации частотноспецифической активности, создают условия для избирательной активации мозга и тем самым обеспечивают выполнение сенсорных, моторных и когнитивных функций специализированных нейронных сетей (Данилова Н. Н., Быкова Н. Б., Пирогов Ю. А., Соколов Е. Н., 2001 - 2003). В настоящее время проверяется гипотеза об участии гамма-ритма в работе механизма, кодирующего субъективные и перцептивные различия.

К 1990г. на кафедре сформировалось новое направление фундаментальных исследований, связанное с изучением механизмов стресса и стрессоустойчивости в норме и патологии. К настоящему времени в рамках этого направления разработан оригинальный экспериментальный подход к изучению стресса и стрессоустойчивости, основанный на комплексном использовании электрофизиологических, биохимических и психологических показателей. По результатам исследований предложены методы профилактики и лечения стрессовых расстройств у здоровых людей и больных с психосоматическими расстройствами (Аракелов Г. Г. ).

Много внимания уделяется на кафедре разработке общеметодологических проблем современной психофизиологии как науки о нейронных механизмах психических процессов и состояний. Новизна и продуктивность методологического подхода, развиваемого на кафедре, состоит в предложении рассматривать психофизиологию как органическую составную часть нейронауки, развивающуюся на стыке (пересечении) психологии, нейрофизиологии и математики. Результаты методолого-экспериментального анализа современной психофизиологии в рамках такого подхода отражены в книгах " Психофизиология" (Соколов Е. Н., 1981), " Теоретическая психофизиология" (Соколов, 1986), «Психофизиология» (Данилова Н. Н., переиздание 1998-2002). Знаком признания и высокой оценки вклада кафедры психофизиологии в разработку методологических проблем современной психофизиологии послужило избрание профессора Е. Н. Соколова председателем секции " Психология" на Международном Конгрессе по методологии, логике и философии науки в 1987г. (Москва).

 

Основные направления исследований и достижения школы в области прикладной психофизиологии.

⇐ Предыдущая28293031323334353637Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: