научный журнал по биологии Сенсорные системы ISSN: 0235-0092

НИКОЛАЕВ П.П. — 2013 г.

Для задачи распознавания плоских выпуклых фигур обсуждены вычислительные методы поиска особой точки перепроецированного центральносимметричного овала, являющейся образом его центра (ОЦ) в условиях, когда декартовы свойства симметрии оказываются утраченными в результате проективного преобразования формы фигуры. Вычисление позиции ОЦ симметрии обеспечивает проективно инвариантную репрезентацию овала в терминах двупараметрического вурф-отображения либо в виде эталонной проекции на четырехточечный шаблон. В рассмотренных методах детекции ОЦ привлечены введенные ранее проективно инвариантные кривые – поляры трех типов. Описаны и теоретически истолкованы алгоритмы поиска ОЦ в вариантах процедур, ведущих процесс вычисления от стартовой конфигурации нескольких тестовых полюсов либо итеративно уточняющих позицию ОЦ по одной точке полюса. Проведенные численные эксперименты показали эффективность разработанных процедур обработки овалов, не обладающих, кроме свойств центральной симметрии, никакими иными геометрическими особенностями.

ГОВАРДОВСКИЙ В.И., МАУРЕР Е.Ю. — 2013 г.

Мы исследовали регенерацию зрительных пигментов после обесцвечивания в красно- и синечувствительных колбочках, стандартных красных (родопсиновых) и зелёных палочках изолированной сетчатки травяных лягушек Rana temporaria. Измерения выполняли при помощи скоростного микроспектрофотометра на интактных одиночных колбочках и палочках, а также на одиночных наружных сегментах палочек. Показано, что красно- и синечувствительные колбочки могут регенерировать зрительный пигмент в изолированной сетчатке, используя путь через глиальные (мюллеровские) клетки. Однако палочки, как красные, так и зелёные, могут регенерировать зрительный пигмент, только если после обесцвечивания сетчатка была опять приведена в контакт с пигментным эпителием, несмотря на то, что первые содержат стандартный палочковый родопсин, а вторые - колбочковый зрительный пигмент. Следовательно, использование того или другого пути регенерации 11-цис хромофора - через клетки пигментного эпителия или глиальные клетки сетчатки - определяется типом фоторецепторной клетки (её морфологическими и, возможно, физиологическими особенностями), а не типом зрительного пигмента, по крайней мере в сетчатке лягушки.

ЗЮЗИН Е.В., КРЕБС А.А., МАСЛЮКОВ П.М., ПУГАЧЕВ К.С., ФИЛИППОВ И.В. — 2013 г.

Цель работы - выявить и проанализировать перестройки сверхмедленной биоэлектрической активности (СМБА) над областями проекций зрительной коры (ЗК), слуховой коры (СК) и лобной коры (ЛК) головного мозга испытуемых при предъявлении зрительных, акустических и вкусовых стимулов соответственно. В исследовании приняли участие 15 испытуемых-добровольцев: мужчин и женщин в возрасте 24-41 год (n = 30 экспериментальных наблюдений). Динамика СМБА была зарегистрирована с использованием хлорсеребряных электродов (отведения Fp 1 T 3, O 1), а также многоканальных усилителя и аналого-цифрового преобразователя. Над областями ЗК, СК и ЛК в различных условиях наблюдений выявлена сверхмедленная спонтанная активность в виде постоянного присутствия секундных (период 4-10 с), многосекундных (период 28-60 с), минутных волн (период 4 мин и более), на фоне преимущественно низких значений относительно устойчивого потенциала милливольтового диапазона (от -20 до +20 мВ). При предъявлении различных сенсорных стимулов (зрительных, акустических и вкусовых) над областями ЗК, СК и ЛК соответственно были обнаружены статистически значимые перестройки динамики преимущественно секундных волн, которые проявлялись как стимул-специфические спектральные паттерны, связанные с типом действующих стимулов. Также в ответ на сенсорную стимуляцию возникали статистически значимые перестройки многосекундных волн над изученными областями головного мозга, при этом отсутствовали статистически значимые изменения динамики минутных волн и уровня относительно устойчивого потенциала милливольтового диапазона. Полученные результаты указывают на вовлеченность перестроек динамики различных диапазонов СМБА в процессы переработки зрительной, слуховой и вкусовой сенсорной информации головным мозгом человека.

2013

КРИВОРУЧКО Г.А., САЙФУТДИНОВ М.С., ШЕИН А.П. — 2013 г.

Проведено исследование состояния соматосенсорного анализатора у ортопедических больных в процессе удлинения конечностей методом дистракционного остеосинтеза. Снижение амплитуды сенсорных компонент вызванных потенциалов в ответ на электростимуляцию кожных рецептивных полей в области воздействия длительного дозированного растяжения тканей свидетельствует о дефиците афферентации в лемнисковой подсистеме соматосенсорного анализатора. Данный феномен, вероятно, является следствием реактивных изменений в толстых миелинизированных нервных проводниках. В то время как колебания порогов температурно-болевой чувствительности тех же участков кожи указывают на функциональный характер реакции экстралемнисковой системы на удлинение конечности.

ТИБИЛОВ А.С., ШЕЛЕПИН Ю.Е. — 2013 г.

Рассмотрено несколько вариантов модели работы сетчатки в условиях предельно низких освещённостей. Ключевым звеном модели является предположение о подавлении непрерывных шумов палочек в синапсе рецептор - биполяр палочки. Сопоставление выполненных в рамках модели расчётов с известными результатами психофизических исследований показало необходимость существования на более высоких уровнях сетчатки второго дискриминатора, подавляющего "ложные фотоны". Это же сопоставление позволило выбрать вариант модели, предполагающий существование этого дискриминатора между амакриновой и ганглиозной клетками.

ШЕПЕЛЕВА И.П. — 2013 г.

Брюхоногие моллюски – удобная модель для изучения работы зрительной системы. Дальнейшее развитие модели требует выявления сходств и различий между глазами моллюсков и человека. На основе научных литературных и собственных данных проведен сравнительный анализ камерных глаз наземных легочных моллюсков и человека. Показано, что их основные компоненты имеют общие морфологические и оптические свойства и функции.

БУКИЯ Р.Д., ГОРГИЛАДЗЕ Г.И., НОСОВСКИЙ А.М. — 2013 г.

При помощи световой и сканирующей электронной микроскопии изучали морфологические параметры, ультраструктуру, элементный состав и кристаллическое строение статолитов в статоцистах переднежаберной улитки Pomatias rivulare (Eichw.). Для морфометрии определяли объем и формфактор статолитов. Внутреннюю структуру изучали на шлифах, а также на фрагментах статолитов, полученных при их механическом разламывании. По мере роста улитки увеличивается ее масса и размер раковины. Чем крупнее улитка, тем крупнее статоцист и соответственно статолит. Выявлена асимметричность в размерах статолитов. Даже у одной и той же улитки правый и левый статолиты отличаются друг от друга по своим морфометрическим показателям. Основной минеральный элемент, придающий статолиту тяжесть, - это карбонат кальция, представленный в виде кристаллов арагонита, заполняющих остов из органической природы. Статолит Pomatias rivulare состоит из ядра-сердцевины и слоев-приростов в виде шарообразных полых образований, число которых растет по мере роста животных.

БЕЛИНСКАЯ Д.А., ВАНЧАКОВА Н.П., ВАРТАНЯН И.А., ВАЦКЕЛЬ Е.А., КРАСИЛЬНИКОВА Н.В., СМИРНОВ А.В., ЦИРУЛЬНИКОВ Е.М., ШЕСТАКОВА Н.Н. — 2013 г.

При помощи фокусированного ультразвука измеряли пороги тактильных ощущений и боли у людей здоровых и с хронической болезнью почек V-й стадии, проходящих лечение гемодиализом. Восемь из 19 больных получали психотерапевтическую коррекцию (аудиотерапию). Всем больным оценивали психическое состояние при помощи тестов Спилбергера-Ханина, шкалы Бека и визуально-аналоговой шкалы для боли и зуда. У 13 человек пороги тактильных ощущений оказались выше, чем у здоровых, у четверых - ниже и у двоих - на уровне порогов здоровых людей. Пороги боли у 14 человек были выше нормы, у четверых - ниже и у одного - на уровне нормы. Психотерапевтическая коррекция (аудиотерапия) у больных сочеталась с повышением порогов боли и тактильных ощущений и, по сравнению с больными без психотерапевтической коррекции, с уменьшением численной разницы между порогами тактильных ощущений и боли. Пороговые данные коррелируют с результатами психологического тестирования, объективизируя и дополняя их.

ВАРТАНЯН И.А., НОСОВА К.В. — 2013 г.

Представлены результаты сравнительных исследований творческих способностей и тактильной чувствительности пальцев рук испытуемых со зрительными нарушениями и с нормальным зрением, а также анализ возможной роли тактильной чувствительности как периферического механизма формирования восприятия пространственных особенностей объектов. В исследовании принимали участие 25 подростков со зрительными нарушениями и 20 подростков с нормальным зрением. Анализировали показатели вербальной, образной и личностной креативности. Для исследования слабовидящих и незрячих испытуемых был создан адаптированный вариант методики “тест Торренса”, для подростков без нарушений зрения использовали оригинальный и адаптированный варианты данной методики. Обнаружены значимые различия по показателям вербальной креативности у незрячих и зрячих подростков. Тактильная чувствительность оценивалась по порогам ощущений на концевых фалангах пальцев обеих рук у 16 зрячих и 32 незрячих испытуемых. Установлено, что тактильные пороги незрячих испытуемых достоверно выше, чем у зрячих, и зависят от сроков потери зрения. Обсуждается вопрос о соотношении и роли периферических и центральных механизмов тактильного восприятия внешних объектов в формировании когнитивных функций при патологии зрения.

БЕЛОЗЁРОВ А.Е. — 2013 г.

Ранее (Рожкова и др., 2012) были выявлены три стратегии распознавания оптотипов, содержащих высокочастотный и низкочастотный признаки ориентации. Эти стратегии отличаются способом использования низкочастотной информации. Предложена математическая модель, реализующая эти стратегии. Показано соответствие модели известным экспериментальным данным. Предложен дискретный вариант элемента Габора в качестве оптотипа для измерения остроты зрения. В рамках данной модели проведен сравнительный теоретический анализ стандартного трехполосного стимула, предложенного ранее модифицированного стимула и дискретного элемента Габора.

НЕЧАЕВ Д.И., ПОПОВ В.В., СУПИН А.Я., СЫСУЕВА Е.В. — 2013 г.

У кита белухи ( Delphinapterus leucas ) была измерена частотная разрешающая способность слуха с использованием метода предъявления шумов с гребенчатыми спектрами в сочетании с регистрацией суммарных вызванных потенциалов. Сигналом являлся шум шириной две октавы с гребенчатыми спектрами и частотно-пропорциональным расстоянием между гребнями. Стимулом служила реверсия фазы гребенчатого спектра. Изменение фазы могло быть однократным или ритмическим с частотой реверсии 1 кГц. Одиночная реверсия фазы вызывала одиночный коротколатентный слуховой вызванный потенциал (КСВП); ритмическая реверсия провоцировала последовательность вызванных потенциалов (потенциал следования ритму, ПСР). Предел различения гребенчатого спектра составил при одиночной реверсии фазы 17 циклов на октаву (цикл/окт) на частоте 32 кГц и 24 цикл/окт на частотах 45–64 кГц; при ритмической реверсии фазы предел варьировал от 20 до 32 цикл/окт. Расчет, проведенный на основании модели взаимодействия шума с гребенчатым спектром с частотно-настроенными фильтрами слуховой системы, показал, что предел различения гребенчатого спектра от 20 до 32 цикл/окт соответствует значениям добротности слуховых фильтров Q ER от 29 до 46 единиц. В работе обсуждаются возможные причины расхождения оценок величин добротности слуховых фильтров зубатых китообразных, полученных разными авторами.

ЛАПШИН Д.Н. — 2013 г.

Комары воспринимают звук перистыми антеннами, в основании которых расположены джонстоновы органы (ДО). Многочисленные рецепторы ДО преобразуют колебания антенны в электрические потенциалы, кодирующие параметры акустического сигнала. Результирующая частотная характеристика слуховой системы этих насекомых определяется в первую очередь избирательно- стью рецепторов ДО. Однако вопрос о способности комаров к спектральному анализу до сих пор ещё не решен. При помощи методики регистрации электрических потенциалов в антеннальном нерве было показано, что сигналы, передаваемые от ДО по аксонам в центральную нервную систему, являются аналоговыми отображениями воспринимаемых акустических волн. Эта особенность открывает возможность измерения индивидуальных характеристик рецепторов методом положительной обратной связи. Для его реализации необходимо подать на стимулирующую акустическую систему усиленный сигнал, регистрируемый от аксона рецептора ДО. При выполнении условий амплитудного и фазового согласования положительной обратной связи в системе стимуляции должны возникнуть автоколебания на частоте, близкой к истинной настройке рецептора. Задача данного исследования заключалась в измерении индивидуальных характеристик рецепторов ДО самцов комаров семейства Chironomidae при помощи метода включения слуховой системы насекомого в контур положительной обратной связи. В ходе экспериментов были обнаружены, как минимум, три группы рецепторов, различавшихся по своей частотной настройке: 140–190, 240–290 и 320–370 Гц (соотношение средних частот трёх групп близко к 1:1.5:2). Диапазону 240–290 Гц соответствует частота крыловых взмахов конспецифических самок. Рецепторы, настроенные на частоты 140–190 Гц, могут воспринимать комбинационные гармоники, равные разности между частотами полёта самца и самки в процессе их пространственного сближения. Данные о наличии в слуховой системе комаров наборов рецепторов, имеющих разную частот- ную настройку, позволяют предположить способность этих насекомых к спектральному анализу акустических сигналов.

ДЕВИЦИНА Г.В., ЛАПШИН Д.Н., ЧЕРВОВА Л.С. — 2013 г.

На молоди радужной форели в электрофизиологических экспериментах исследовали вкусовую чувствительность четырёх сенсорных зон ротовой полости (дентальной, максиллярной, твёрдого нёба и языка) к аминокислотам и классическим вкусовым стимулам. В тех же зонах исследованы особенности ультраструктурной организации поверхности сенсорных полей вкусовых почек. В каждой зоне обнаружена высокая вариабельность количественного соотношения субтипов клеток, формирующих вкусовые почки. Ответные реакции на химические стимулы в разных сенсорных зонах имели сходный характер и проявляли доза-зависимый эффект. Вместе с тем вкусовые рецепторы разных зон различались на 1-3 порядка по чувствительности к одинаковым стимулам. Сенсорные зоны ротовой полости форели характеризовались сходной ранжированностью чувствительности к применяемым аминокислотам и классическим вкусовым раздражителям. Максимальная чувствительность во всех исследованных зонах зарегистрирована к L-цистеину. Рецепторы всех сенсорных зон были более чувствительны к аминокислотам, чем к классическим вкусовым стимулам. Анализ распределения ответных реакций на классические вкусовые стимулы в сенсорных зонах ротовой полости указывает на отсутствие у рыб топической локализации рецепторов кислого, солёного, горького и сладкого. Выявленные черты сходства и специфичности в структурных и функциональных свойствах сенсорных зон ротовой полости радужной форели можно рассматривать как проявление системной организации вкусового аппарата у данного вида рыб.

МИЛЕХИНА О.Н., НЕЧАЕВ Д.И., СУПИН А.Я. — 2013 г.

Исследована чувствительность слуха здоровых испытуемых к смещениям гребенчатого рисунка спектра. Тест-сигналом служил шум с гребенчатым спектром с центральной частотой 2 кГц, шириной спектральной полосы 0.5 октавы, спектральным контрастом (глубиной гребней) 100%, с переменной плотностью и шириной гребней. Измерялись пороги различения шума, в котором периодически (каждые 400 мс) гребенчатый рисунок спектра смещался вверх-вниз по частотной шкале от постоянного (без смещений) гребенчатого шума с теми же параметрами. При ширине гребней, пропорциональной частотному интервалу между ними (косинусоидальный рисунок гребней), выявлялась оптимальная плотность гребней f/bf = 5, при которой смещения гребенчатого рисунка различались с наименьшим порогом 1.1%; как при низких (f/bf < 3), так и при высоких (f/bf > 7) плотностях пороги повышались до 2%. При сужении гребней порог понижался. При постоянной узкой полосе гребней (3.5-5% от центральной частоты) зависимость порога от плотности гребней становилась монотонной: порог понижался при снижении плотности гребней; при этом минимальные пороги доходили до 0.7%. Модель, основанная на взаимодействии гребенчатого спектрального рисунка с частотно-избирательными каналами-фильтрами слуховой системы, качественно объясняет выявленные закономерности.

2012

2012

КАЙ Х., РЕСИО-СПИНОЗО А., РУЖЖЕРО М.А., ТЕМЧИН А.Н. — 2012 г.

Рассматривается современное состояние изучения механики улитки млекопитающих и показыва- ется, что знания о ней ограничены измерениями, полученными на анатомически доступных, ко- ротких участках базилярной мембраны. Принципы периферического анализа звука, базирующие- ся на этих данных, не могут быть автоматически распространены на всю улитку. Методы изучения механики, основанные на анализе импульсных реакций волокон слухового нерва, возникающих в ответ на акустический стимул, позволяют обойти упомянутое препятствие. Этими методами было оценено пространственное изменение амплитудных и временных свойств бегущих волн кортие- ва органа шиншиллы (Chinchilla lanigera) вдоль всей длины (20 мм) ее улитки. Согласно такой оценке, распространение волны от основания к вершине существенно различно для частот выше и ниже ~3 кГц. Приблизительно в середине улитки на протяжении между 6.5 и 9 мм от ее основания найдена переходная область, внутри которой резко меняются частотно-избирательные свойства волокон слухового нерва и особенности многих других (функционально прямо не связанных) фи- зиологических и, возможно, морфологических свойств улитки. Бегущая волна при частотах выше 3 кГц возникает у основания улитки и достигает своей резонансной точки в кортиевом органе, где она имеет максимальную амплитуду, за ~1.5 периода своей частоты. При более низких частотах две волны возникают одновременно у основания улитки и в переходной области. Первая затухает в ее середине, а вторая достигает резонансной точки за ~1 период. Вследствие этих различий в полпериода фазовая скорость бегущей волны в переходной области имеет локальный минимум для частот выше 3 кГц и максимум для более низких. Им соответствуют максимум и минимум време- ни распространения волны, обнаруженные в переходной области независимым методом. Средняя частота импульсного разряда волокон слухового нерва в ответ на стимулы низких частот (<2 кГц) имеет выраженный минимум на ее верхней границе (6.5 мм), возникающий в результате взаимо- действия двух низкочастотных волн противоположной полярности. Полученные результаты противоречат классическому представлению, согласно которому един- ственная бегущая волна плавно распространяется от основания улитки к ее вершине. Предполага- ется, что в переходной области импеданс улитковой перегородки резко меняется, вследствие чего может возникать отраженная возвратная волна. Таким образом, улитку млекопитающих можно рассматривать как состоящую из двух независимых и функционально различных сегментов (высо- ко- и низкочастотного), которые сходятся друг с другом в переходной области. Данная работа является расширенной версией опубликованной статьи (Temchin et al., 2012).

АЛФЕРОВ В.А., АЛФЕРОВ С.В., АРЛЯПОВ В.А., АСУЛЯН Л.Д., РЕШЕТИЛОВ А.Н., ЮДИНА Н.Ю. — 2012 г.

Амперометрический биосенсор для оценки индекса БПК (биохимического потребления кислоро- да) формировали иммобилизацией дрожжевых клеток Debaryomyces hansenii BKM Y-2482 в по- ливиниловый спирт, модифицированный N-винилпирролидоном; полученную рецепторную мем- брану фиксировали на электроде типа Кларка. Комбинирование полимеров позволило получить сенсорные элементы, сохраняющие жизнеспособность в течение длительного времени и имеющие высокую чувствительность и стабильность. Для субстратов, которые могут присутствовать в сточ- ных водах (спирты, углеводы, карбоновые кислоты, аминокислоты, нитрофенолы и поверхностно- активные вещества), показана высокая окислительная активность сенсорного элемента и отсут- ствие токсического эффекта со стороны анализируемых соединений. Получена оценка диапазона измерения и области линейной зависимости сигналов от уровня БПК. Определена рН- и темпе- ратурная чувствительность, зависимости сигналов от концентрации солей, стабильность, кинети- ческие константы Михаэлиса, скорость анализа. Показана высокая степень корреляции значений БПК, определенных при помощи предлагаемого биосенсора, со значениями БПК, оцененными стандартным методом разбавления при измерении образцов сточных вод.

ГАНШИН В.М., ЗИНКЕВИЧ Э.П. — 2012 г.

Предложена модель молекулярного механизма обонятельной рецепции, основанная на представ- лении о конкурентных отношениях пахучих веществ с липидными компонентами сенсорных мем- бран. В совокупности с биохимическими, биофизическими системными блоками (сенсорная мем- брана, G-белок-связанные обонятельные рецепторы, вторичные мессенджеры, ионные насосы) и алгоритмами статистической обработки слабых энергетических сигналов, модель позволяет объ- яснить, как в едином надмолекулярном комплексе обеспечиваются высокие характеристики чув- ствительности, быстродействия и избирательности обонятельного восприятия.