Аннотация результатов, полученных в 2018 году
Проект посвящен исследованию процессов взаимоСОдействия распределенных компонентов функциональных систем поведенческих актов и базируется на основе системно-эволюционного подхода (Швырков, 2006) и теории функциональных систем (Анохин, 1973), которые предполагают, что функциональные системы поведенческих актов (совокупности кооперативно действующих элементов организма разной морфологической принадлежности) включают компоненты не только нервной системы, но и других органов и тканей. В первый год реализации проекта проведены пилотажные эксперименты с отработкой методов синхронизированного измерения активности нейронных и висцеральных компонентов функциональных систем поведенческих актов при научении индивидами новому или реализации уже сформированного поведения. Для характеристики сложности нелинейной динамики анализируемых электрофизиологических сигналов разработано программное обеспечение с реализацией алгоритмов расчета показателей энтропии (аппроксимированная, выборочная, перестановочная) и размерностей (корреляционная, фрактальная) у заданного сигнала. Получено Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ «HeartRate - Analyzer» № 2019612519 (21 февраля 2019 г.). В рамках первой экспериментальной серии, организованной с целью определение динамики согласованности мозговой активности и активности сердца при реализации сформированного поведения с разными системными характеристиками, была подготовлена методика предъявления аналитических и холистических задач, синхронизированная с регистрацией ЭЭГ и ЭКГ. С использованием данной методики были проведены измерения на выборке (N = 52) аналитичных и холистичных субъектов (тип ментальности определялся предварительно по шкале аналитичности–холистичности AHS (Апанович и др., 2017)) в возрасте от 18 до 35 лет. Проведеный предварительный анализ данных (баллов по шкале аналитичности–холистичности, времени ответа (по каждой серии отдельно, также с учётом "контрольной" серии, предполагавшей быстрый ответ на предъявление сигнала), а также правильности) показал, что холистичные субъекты решают задачу (любого типа) быстрее, но в аналитической задаче между ними и аналитичными субъектами эти различия менее выражены, так как аналитичные субъекты быстрее решают аналитическую задачу, чем холистическую. В рамках второй экспериментальной серии, организованной с целью определения динамики согласованности суммарной активности мозга и активности сердца при формировании нового поведения, проведена отработка протокола операционного инвазирования электродов для синхронизированной регистрации ЭЭГ и ЭКГ сигналов у крыс в поведении, и проведены пилотажные эксперименты с синхронизированной регистрацией ЭЭГ и ЭКГ сигналов в процессе научения индивидов (крысы породы Long-Evans, n=5) инструментальному пищедобывательному поведению. Проведенный анализ оценок сложности активности нейронного и висцерального компонентов функциональных систем поведенческих актов по мере формирования нового поведения показал достоверное увеличение сложности для суммарной нейронной активности в моторной и зрительной областях коры головного мозга, достоверное увеличение дисперсии оценок сложности суммарной нейронной активности в области рестросплениальной коры и отсутствие достоверных изменений в динамике висцеральной активности (оцениваемой по активности сердца). В рамках третьей экспериментальной серии, организованной с целью анализа процессов согласования нейронного и висцерального компонентов функциональных систем, обеспечивающих реализацию поведения, сформированного относительно ранее и позднее в индивидуальном развитии, проведена отработка протокола операционного инвазирования пучка множественных электродов (стереотродов) в цингулярную кору кроликов и хронической регистрации активности одиночных нейронов. В рамках четвертой экспериментальной серии, организованной с целью определения динамики согласования нейронных компонентов функциональных систем, морфологически принадлежащих структурам мозга разного филогенетического возраста (поскольку по аналогии с соотношением нейронных и висцеральных процессов, существуют процессы согласования компонентов функциональных систем, анатомически локализованных в рамках нервной системы, но принадлежащих структурам разного филогенетического возраста и развивающимся, соответственно, на разных стадиях онтогенеза), проведены эксперименты с обучением животных и последующим иммуногистохимическим анализом для выявления числа и топографии распределения Fos-позитивных нейронов в структурах мозга разного филогенетического возраста. Экспериментальную схему обучения животных разделили на этапы: многоэтапное обучение взаимодействию с инструментом на первой стороне клетки с помощью лап; обучение взаимодействию с другим инструментом вибриссной подушкой на той же стороне клетки; обучение взаимодействию с инструментом на второй стороне клетки с помощью лап. Проведенный детальный анализ поведения животных с построением кривых научения навыкам показал, что длина траектории движения в центральной зоне арены обратно коррелирует с замиранием и латентным периодом до начала движения после предъявления нового объекта. Этот паттерн негативно сказывается на эффективности обучения: например, экологически оправданное замирание (при неожиданном и резком предъявлении нового объекта) прямо коррелирует с показателями эффективности обучения. Получена обратная взаимосвязь между поведенческой активностью в центральной зоне арены в тесте «открытое поле» и нейрогенетической активностью в прелимбической коре после обучения.

Аннотация результатов, полученных в 2019 году
Проект посвящен исследованию процессов взаимоСОдействия распределенных компонентов функциональных систем поведенческих актов. Теоретической основой проекта является системно-эволюционный подход (Швырков, 2006) и теория функциональных систем (Анохин, 1973). Главное положение указанных концепций заключается в том, что функциональные системы поведенческих актов (совокупности кооперативно действующих элементов организма разной морфологической принадлежности) включают компоненты не только нервной системы, но и других органов и тканей. За второй год реализации проекта был проведен анализ данных ЭЭГ и сердечного ритма у людей (N = 52) с разным типом ментальности (аналитическая / холистическая) при решении ими задач аналитического и холистического типа. Иными словами, рассматривались тенденции к согласованию между нейрональным и висцеральным компонентами функциональных систем при реализации более и менее типичного для данного индивида поведения. В ходе анализа ЭЭГ, записанной у индивидов с аналитичным и холистичным типами ментальности при решении аналитических и холистических задач, было показано, что наиболее стабильным компонентом событийно-связанных потенциалов является P300, и данный компонент потенциала обладает спецификой у индивидов с рассматриваемыми типами ментальности. У аналитичных индивидов Р300 неоднороден и представлен несколькими позитивными пиками, что может говорить о неоднородности процесса решения аналитических задач и свидетельствовать в пользу теоретических представлений о различиях в системном обеспечении решения рассматриваемых типов задач. Основная экспериментальная серия с одновременной регистрацией ЭЭГ и ЭКГ сигналов в процессе научения индивидов (крысы породы Long-Evans в возрасте от 3 до 9 месяцев, n=10) инструментальному пищедобывательному поведению была проведена во второй год реализации проекта. В результате, проверена гипотеза о положительном тренде в динамике согласованности активности нейронального и висцерального компонентов функциональных систем в процессе формирования нового поведения. Выявлено, что формирование нового поведения (а именно включение новых функциональных систем в имеющуюся структуру индивидуального опыта субъекта поведения) отражается в увеличении сложности в динамике активности нейрональных компонентов функциональных систем. Такие консолидационные и реконсолидационные процессы, организующие процесс научения, вероятно, являются достаточно энергетически затратными для организма, что выражается в оптимизации активности висцеральных компонентов функциональных систем – а именно в сопутствующем повышении активности сердца (увеличении скорости сердечных сокращений). Согласно полученным данным, согласованность активности нейрональных и висцеральных компонентов функциональных систем снижается в научении. Стоит отметить, что такая динамика может отражать как процессы реорганизации структуры межсистемных связей, так и преобразование их, переход от линейных к более сложным формам. В рамках задачи описания связей между соотношением Fos-позитивных нейронов в структурах мозга разного филогенетического возраста, в которых обнаруживаются нейроны разных функциональных систем, требующие согласования в своей активности, были проведены экспериментальные серии с обучением индивидов (N=16, половозрелые крысы Long-Evans) и анализом нейрогенетической активности (по наличию в клетках белка c-Fos - маркера экспрессии гена c-fos) на срезах мозга иммуногистохимическим методом. Осуществлен подсчёт c-Fos-иммунопозитивных нейронов на трёх координатных уровнях, расположенных вдоль ростро-каудальной оси ретроспелениальной коры. Была выявлена неравномерная активация этой области коры вдоль её ростро-каудальной оси, а также отмечены значимые различия в паттерне активации при моделировании условий «сильного» и «слабого» рассогласования между сформированным опытом и новой задачей. В результате анализа данных основной экспериментальной серии с регистрацией нейронной активности в цингулярной коре кроликов при реализации пищедобывательного поведения определено, что энтропийные оценки активности нейронов (N = 40) в цикле поведения отражают особенности участия системы, к которой они принадлежат, в организации реализуемого поведения. С повторением сформированного поведения сложность активности специализированных нейронов увеличивается. Такая динамика может быть связана с увеличением количества межсистемных связей при повторной актуализации сформированных систем, т.е. с процессами «доспециализации», еще большей дифференциации сформированного поведения в повторениях. Таким образом, наблюдается увеличение сложности активности нейрональных компонентов функциональных систем, формируемых в научении.

Аннотация результатов, полученных в 2020 году
Проект посвящен исследованию процессов взаимоСОдействия распределенных компонентов функциональных систем поведенческих актов. Методологически проект базируется на положениях системно-эволюционного подхода (Швырков, 2006) и теории функциональных систем (Анохин, 1973), которые включают, что функциональные системы поведенческих актов (совокупности кооперативно действующих элементов организма разной морфологической принадлежности) состоят из компонентов не только нервной системы, но и других органов и тканей. За третий год реализации проекта был завершён анализ данных в части проекта, посвящённой процессу принятия решения аналитичными и холистичными индивидами при решении задач разного типа. Целью данной части исследования была оценка различий в согласованности активности мозга и висцеральных компонент функциональных систем, обеспечивающих решение аналитических и холистических задач аналитичными и холистичными индивидами. Мы предполагали, что набор функциональных систем, актуализирующихся для решения задач разного типа, различается, что проявляется в мозговой активности, активности сердца и их координации, и эти различия опосредуются тем, задачу “своего” типа или нет решает аналитичный или холистичный индивид. Было показано, что согласованность активности нейронального и висцерального компонентов системного обеспечения поведения имеет специфические особенности для реализации индивидуального опыта в решении задач аналитического и холистического типа, причем эти особенности включают связь с типом ментальности субъекта. Были найдены различия в оценках сложности сердечного ритма в аналитических и холистических задачах у аналитичных и холистичных индивидов, согласованные с их динамикой поведенческих показателей (время ответа, количество правильных ответов в задаче) и показателей активности мозга (вариативность пика потенциала P300 ЭЭГ). Основная экспериментальная серия с одновременной регистрацией ЭЭГ и ЭКГ сигналов в процессе научения индивидов (крысы породы Long-Evans в возрасте от 3 до 9 месяцев, n=10) инструментальному пищедобывательному поведению была завершена в третий год реализации проекта. В результате, показано, что формирование нового поведения (а именно включение новых функциональных систем в имеющуюся структуру индивидуального опыта субъекта поведения) отражается в увеличении сложности в динамике активности нейрональных компонентов функциональных систем, и это интенсивнее проявляется в поведенческих актах, формируемых позднее в научении. По всей видимости такие консолидационные и реконсолидационные процессы, организующие процесс научения, являются достаточно энергетически затратными для организма, что выражается в оптимизации активности висцеральных компонентов функциональных систем – а именно в сопутствующем повышении активности сердца (частоты сердечных сокращений). Такие метаболические перестройки не проявляются в коротких поведенческих актах разного возраста формирования, поскольку недостаточен временной масштаб, доступный в анализе динамики сердечного ритма. В рамках задачи описания связей между соотношением Fos-позитивных нейронов в структурах мозга разного филогенетического возраста, в которых локализованы компоненты функциональных систем, требующие согласования в своей активности, в третий год реализации проекта выполнено иммуногистохимическое выявление белка c-Fos в мозге 6 животных (оцифровка проводилась на микроскопе Keyence BZ–9000 Biorevo гистологических препаратов). По результатам оценки окрашенных срезов проведен анализ числа и топографии распределения Fos-позитивных нейронов корковых и подкорковых структур мозга. В итоге были определены связи между соотношением Fos-позитивных нейронов в структурах мозга разного филогенетического возраста при формировании нового поведения и характеристиками динамики научения. Таким образом, была проверена гипотеза о связи генетической активности нейрональных компонентов функциональных систем, распределенных в структурах мозга разного филогенетического возраста, и характеристиках поведения при изменении структуры его системной организации. В третий год реализации проекта был проведен анализ данных хронической регистрации нейрональной активности в цингулярной коре кроликов для последующего сопоставления нелинейных характеристик последовательностей спайков и межспайковых интервалов с характеристиками динамики сердечного ритма в поведенческих актах и внутри циклов поведения. В результате проведенных работ получены данные, которые позволят оценить степень связанности активности нейронов с активностью сердца в поведенческих актах, сформированных на разных этапах онтогенеза и проверить гипотезу о наличии в цингулярной коре нейронов, активность которых согласуется с характеристиками активности сердца, с уточняющими оценками глубины залегания и поведенческой специализации таких нейронов.