Лаборатория механизмов рецепции
Изучение адаптации организма человека и животных к акустическим и электромагнитным воздействиям

Руководитель коллектива – Александр Иванович Федотчев, доктор биол. наук, главный научный сотрудник

Главный предмет исследований - расшифровка механизмов генерации и функциональной роли биопотенциалов мозга (электроэнцефалограммы – ЭЭГ) человека. В последние годы в нейрофизиологии формируется новый подход к организации стимуляционных процедур. Речь идет о прогрессирующем развитии методов адаптивной нейростимуляции, в которых вместо заранее устанавливаемых постоянных параметров используются воздействия, параметры которых подстраиваются под текущее состояние организма. Можно ожидать, что адаптивная нейростимуляция будет значительно увеличивать эффективность стимуляционной терапии и обеспечит ее персонализацию.

Основные научные результаты

Рис. 1. При плавном увеличении частоты фотостимуляции от 1 до 20 Гц выявляются отдельные узкочастотные участки индивидуального спектра ЭЭГ (ЭЭГ осцилляторы), резонансно активирующиеся у данного субъекта при совпадении частоты стимуляции или ее гармоник с их собственной частотой.

Нами предложен оригинальный подход к адаптивной нейростимуляции, в котором в качестве параметров, on-line управляющих лечебными воздействиями, используются собственные биоэлектрические процессы человека. При этом носителем информации о состоянии собственного организма являются акустические воздействия, получаемые путем on-line трансформации биопотенциалов мозга и сердца испытуемого. С помощью оригинальной модификации динамического анализа тонкой спектральной структуры ЭЭГ впервые продемонстрирована резонансная природа ЭЭГ реакций человека на ритмическую фотостимуляцию (рис. 1). Установлено, что выявляемые ЭЭГ осцилляторы индивидуально специфичны и стабильны, а их активация может сопровождаться выраженными сдвигами функционального состояния. Эти и другие экспериментальные данные позволили сформулировать оригинальные концепции о закономерностях проявления резонансных и адаптационных реакций мозга на ритмические сенсорные воздействия [1], а также о роли нелинейных процессов в межсистемных взаимодействиях [2].

При плавном увеличении частоты фотостимуляции от 1 до 20 Гц выявляются отдельные узкочастотные участки индивидуального спектра ЭЭГ (ЭЭГ осцилляторы), резонансно активирующиеся у данного субъекта при совпадении частоты стимуляции или ее гармоник с их собственной частотой (рис. 1). Система биоуправления включает два контура обратной связи (рис.2). В первом контуре (сплошные линии) на основе одного ЭЭГ осциллятора генерируются звуковые или музыкальные сигналы обратной связи, подаваемые пациенту через наушники. Во втором контуре (пунктирные линии) параметры ритмической стимуляции автоматически настраиваются на частоту другого доминирующего у пациента ЭЭГ осциллятора с целью его резонансной активации.

Рис. 2. Два контура обратной связи от ЭЭГ осцилляторов пациента. В первом контуре (сплошные линии) на основе одного ЭЭГ осциллятора генерируются звуковые или музыкальные сигналы обратной связи, подаваемые пациенту через наушники. Во втором контуре (пунктирные линии) параметры ритмической стимуляции автоматически настраиваются на частоту другого доминирующего у пациента ЭЭГ осциллятора с целью его резонансной активации.

Разработана оригинальная технология нейробиоуправления с двойной обратной связью от ЭЭГ осцилляторов индивида. Показано, что благодаря управляющим сигналам обратной связи от биопотенциалов мозга и сердца испытуемых происходит вовлечение адаптационных, интероцептивных и резонансных механизмов деятельности центральной нервной системы в процессы нормализации функционального состояния человека. Это свидетельствует о перспективности разработанного метода адаптивной нейростимуляции для дистанционного управления системами организма человека, нефармакологической коррекции и лечения функциональных нарушений нервной системы с помощью автоматической модуляции терапевтических сенсорных воздействий сигналами обратной связьи от биопотенциалов мозга и сердца человека. Данная технология экспериментально протестирована при подавлении стресс-индуцированных расстройств [3, 4], устранении рисков надежности специалистов высокотехнологичных профессий [5] и при коррекции психогенных функциональных расстройств музыкальными воздействиями, управляемыми ЭЭГ осцилляторами пациента [6-9]. Кроме того, разработана и проходит апробацию методология эффективного применения вариантов данной технологии для активизации познавательной деятельности и процессов обучения у человека [10], регуляции сна [11] и лечения синдрома дефицита внимания с гиперактивностью [12].

Публикации (2010-2019 гг.)

Состав коллектива, контакты