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.)
- Федотчев А.И., Бондарь А.Т., Семёнов В.С. Нелекарственная коррекция функциональных расстройств у человека. Принцип двойной обратной связи от ЭЭГ осцилляторов пациента. – Saarbrucken: LAP Lamberts Academic Publishing, 2010. – с.79
- Бондарь А.Т., Федотчев А.И., Шубина Л.В. Нелинейные взаимодействия ритмов в центральной нервной системе. Статья в сборнике материалов 3-й Всероссийской конференции «Нелинейная динамика в когнитивных исследованиях». Нижний Новгород: изд. ИПФ РАН, 2013, с. 16-19.
- Fedotchev A.I. On efficiency of biomanagement with negative feedback from patient's EEG in correction of functional disorders, caused by stress // Human Physiology. 2010 Jan-Feb;36(1):100-5.
- Федотчев А.И., О Сан Чжун, Семикин Г.И. Сочетание технологии ЭЭГ биоуправления с музыкальной терапией для эффективной коррекции стресс-вызванных расстройств // Современные технологии в медицине. 2014. Т. 6. № 3. С. 60-63.
- Федотчев А.И., О Сан Чжун, Матрусов С.Г. Устранение профессиональных функциональных расстройств через использование прямых и обратных связей в системе «человек-машина» // Медицинская физика. 2015. № 3. С. 68-73.
- Федотчев А.И. Возможности коррекции психофизиологического состояния человека с помощью музыкальных воздействий, управляемых биопотенциалами мозга пациента // Психическое здоровье. 2013. Т. 11. № 3. С. 51-55.
- Федотчев А.И., Радченко Г.С. Музыкальная терапия и музыка мозга: состояние, проблемы и перспективы исследований // Успехи физиол.наук. 2013. Т. 44. № 4. С. 34-48.
- Федотчев А.И., Бондарь А.Т., Бахчина А.В., Парин С.Б., Полевая С.А., Радченко Г.С.. Эффекты музыкально-акустических воздействий, управляемых ЭЭГ осцилляторами субъекта // Российский физиологический журнал им. И.М.Сеченова. 2015. Т. 101. № 8. С. 970-977.
- Федотчев А.И., Бондарь А.Т., Бахчина А.В., Парин С.Б., Полевая С.А., Радченко Г.С.. Музыкально-акустические воздействия, управляемые биопотенциалами мозга, в коррекции неблагоприятных функциональных состояний // Успехи физиологических наук. 2016. Т. 47. № 1. С. 67-79.
- Земляная А.А., Федотчева Т.А., Федотчев А.И. Современные подходы к активизации познавательной деятельности человека // Успехи физиол.наук. 2010. Т. 41. № 4. С. 45-62.
- Fedotchev A.I. Modern non-drug methods of human sleep regulation // Human Physiology. 2011. V. 37. N 1. P. 113-120.
- О Сан Чжун, Семикин Г.И., Федотчев А.И. Использование прямых и обратных связей в системе человек-машина при устранении рисков функциональной надежности специалиста // Живая психология. 2015, Т. 2(4),. С. 292-300. (опубликована 30.12.2015).
- Федотчев А.И., Земляная А.А., Полевая С.А., Савчук Л.В. Синдром дефицита внимания с гиперактивностью и современные возможности его лечения методом нейробиоуправления. Журнал неврологии и психиатрии им. С.С.Корсакова,. 2016,. Т. 116(5), С. 98-101. Doi: 10.17116/jnevro20161165198-101.
- Федотчев А.И., Бондарь А.Т., Семёнов В.С. Эффективность фотостимуляции, автоматически формируемой на основе ЭЭГ субъекта, снижается при отставлении обратной связи. Физиология человека, 2016, Т. 42(4), С. 38-42. DOI: 10.1134/S0362119716030087.
- Федотчев А.И., Бондарь А.Т., Бахчина А.В., Григорьева В.Н., Катаев А.А., Парин С.Б., Полевая С.А., Радченко Г.С. Трансформация ЭЭГ осцилляторов пациента в музыкоподобные сигналы при коррекции стресс-индуцированных функциональных состояний. Современные технологии в медицине, 2016, Т. 8(1), С. 93-98. Doi: 10.17691/stm2016.8.2.01.
- Федотчев А.И., Бондарь А.Т., Бахчина А.В., Парин С.Б., Полевая С.А., Радченко Г.С.. Музыкально-акустические воздействия, управляемые биопотенциалами мозга, в коррекции неблагоприятных функциональных состояний. Успехи физиологических наук. 2016, Т. 47(1), С. 67-79
- Катаев А.А., Бахчина А.В., Полевая С.А., Федотчев А.И. Связь между субъективными и объективными оценками функционального состояния человека (апробация методики экспресс-оценки уровня стрессированности). Вестник психофизиологии, 2017, № 2. с. 62-68.
- Коломбет В.А., Лесных В.Н., Скавуляк А.Н., Коломбет Е.В., Бондарь А.Т. Проявление универсальной системы утраивающихся периодов в УВЧ-терапии. Известия Института инженерной физики, 2017, № 2(44), с. 70-73.
- Федотчев А.И., Парин С.Б., Полевая С.А., Великова С.Д. Технологии «интерфейс мозг-компьютер» и нейробиоуправление: современное состояние и перспективы клинического применения. Современные технологии в медицине, 2017, т. 9(1), с. 175-184. doi: 10.17691/stm2017.9.1.01.
- Fedotchev A.I., Radchenko G.S., Zemlyanaya A.A. On one approach to health protection: Music of the Brain. J. Integr. Neurosci, 2017, Oct 18. doi: 10.3233/JIN-170053.
- Bondar A., Shubina L. Nonlinear reactions of limbic structure electrical activity in response to rhythmical photostimulation in guinea pigs. Brain Research Bulletin, 2018, 143(1), 73–82.
- Земляная А.А., Радченко Г.С., Федотчев А.И. Музыкально-терапевтические воздействия, управляемые биопотенциалами мозга пациента, в коррекции функциональных расстройств. Журн.неврол.психиатр. 2018. Т. 118(3): 58-61.
- Земляная А.А., Федотчев А.И. Персонализированные подходы к диагностике и лечению эпилепсии. Современные технологии в медицине. 2018. Т. 10(3): 204-212. doi: 10.17691/stm2018.10.3.25.
- Коломбет В.А., Лесных В.Н., Бондарь А.Т. Треугольник Серпинского как удобная математическая модель для описания универсальной системы утраивающихся периодов. Известия института инженерной физики. 2018, №1, С. 63-68.
- Радченко Г.С., Громов К.Н., Парин С.Б., Корсакова-Крейн М.Н., Бондарь А.Т., Федотчев А.И. Исследование влияния тональной модуляции в музыкальных фразах на спектральные показатели ЭЭГ человека. Физиология человека. 2018. 44(3): 43-52. (РГНФ 14-36-01024, 15-06-10894, 16-06-00133).
- Fedotchev A.I., Radchenko G.S., Zemlyanaya A.A. On one approach to health protection: music of the brain. J.Integr.Neurosci. 2018. V.17(3-4) 309-315. doi: 10.3233/JIN-170053.
- Fedotchev A.I., Kruk V.M., Oh S.J., Semikin G.I. Eliminating the Risks of Specialist Functional Reliability via Utilization of Forward and Backward Links in the Man-Machine Systems. International Journal of Industrial Ergonomics. 2018. V. 68. P. 256-259. doi: 10.1016/j.ergon.2018.08.004.
- Fedotchev A.I. Stress coping via musical neurofeedback. Advances in Mind-Body Medicine. 2018. 32(2): 22-25.
- Fedotchev A.I., Radchenko G.S., Zemlyanaya A.A. Music of the brain approach to health protection. Journal of Integrative Neuroscience. 2018. V. 17(3) 291-294. doi: 10.31083/JIN-170053. (РФФИ 16-36-00099, РГНФ 16-06-00133).
- Федотчев А.И., Полевая С.А., Земляная А.А. Эффективность музыкального нейроинтерфейса для устранения стресс-индуцированных рисков. Медицина труда и промышленная экология. 2018. № 3. С. 19-21.
- Федотчев А.И., Журавлев Г.И., Ексина К.И., Силантьева О.М., Полевая С.А. Оценка эффективности музыкального ЭЭГ нейроинтерфейса с дополнительным контуром управления от сердечного ритма. Рос.физиол.журн. 2018. Т. 104(1): 122—128.
- Радченко Г.С., Громов К.Н., Корсакова-Крейн М.Н., Федотчев А.И. Исследование амплитудно-временных характеристик волн N200 и Р600 событийно-связанных потенциалов при обработке расстояния тональной модуляции // Физиология человека. 2019. 45(2): 29-36. DOI: 10.1134/S0131164619020103.
- Федотчев А.И., Крук В.М., Семикин Г.И. Функциональная надежность специалиста: современные риски и возможности их устранения // Успехи физиол. наук. 2019. 50(3): 1-11. DOI: 10.1134/S0301179819030044.
- Федотчев А.И., Парин С.Б., Громов К.Н., Савчук Л.В., Полевая С.А. Комплексная обратная связь от биопотенциалов мозга и сердца в коррекции стресс-индуцированных состояний. Журн.высш.нерв.деят. 2019. 69(2): 187-193. DOI: 10.1134/S0044467719020059.
- Федотчев А.И., Дворянинова В.В., Великова С.Д., Земляная А.А. Современные технологии в познании механизмов, диагностике и лечении расстройств аутистического спектра. Современные технологии в медицине. 2019. 11(1): 31-39. https://doi.org/10.17691/stm2019.11.1.03.
- Федотчев А.И., Земляная А.А., Савчук Л.В., Полевая С.А. Нейроинтерфейс с двойной обратной связью от ЭЭГ в коррекции стресс-вызванных расстройств. Современные технологии в медицине. 2019. 11(1): 150-154. https://doi.org/10.17691/stm2019.11.1.17.
- Федотчев А.И. Эффекты фотостимуляции, управляемой ЭЭГ человека // Биофизика. 2019. 64(2): 358-361. DOI: 10.1134/S0006302919020157.
- Федотчев А.И., Парин С.Б., Полевая С.А., Земляная А.А. Эффекты аудио-визуальной стимуляции, автоматически управляемой биопотенциалами мозга и сердца человека // Физиология человека. 2019. 45(5): 75-79. DOI: 10.1134/S0131164619050023.
Состав коллектива, контакты
- Федотчев Александр Иванович, д.б.н., в.н.с., рук. группы; Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.
- Бондарь Александр Тимофеевич, к.б.н., с.н.с.; Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.
- Журавлев Геннадий Иванович, к.б.н., с.н.с.; Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.