НЕЙРОДИНАМИЧЕСКИЕ ФЕНОМЕНЫ САМООРГАНИЗАЦИИ В СЕТЯХ С ЦИКЛИЧЕСКИМ ТОРМОЖЕНИЕМ
Цукерман В. Д.
НИИ нейрокибернетики им. А.Б. Когана, РГУ, 344090 Ростов-на-Дону
Осцилляторная активность
нервных клеток и клеточных образований - основа реализации
всех жизненно важных функций организмов, в том числе широкого
круга вегетативных и локомоторных двигательных функций, а также
таких высших функций нервной системы как, например, продуцирование
речи, восприятие зрительных образов и их распознавание и т.д.
Отражением коллективной осцилляторной деятельности в нервной системе
являются и известные электроэнцефаллографические ритмы в различных
диапазонах частот. Хотелось бы знать наиболее важные феномены
ритмогенеза, лежащие а основе реализации перечисленных функций
нервной системы. Важнейший вопрос коллективного ритмогенеза -
синхронизация активности большого числа нервных клеток, распределенных
в пределах больших мозговых структур. Какое теоретическое толкование
они имеют на сегодняшний день? Как соотносятся ритмическая активность
отдельных клеток и глобальные электрические ритмы мозга (соотношение
микро- и макровременных шкал)? Эти и целый ряд других вопросов
представляют несомненный интерес для современной физиологии. Последние
годы нами развиваются идеи, связанные с исследованием особого
класса нейронных сетей - сетей с четным циклическим торможением
(even cyclic inhibitory networks - ECI-сетей). Исследования
динамического поведения ECI-сетей проводятся с помощью численного
компьютерного моделирования. Такие сети обладают высокой степенью
симметрии, однако, в силу нелинейности осцилляторных единиц и
синаптических связей, их поведение может быть весьма сложным и
характеризоваться как квазипериодической, так и хаотической динамикой.
Исследования ECI-сетей демонстрируют целый ряд особых свойств,
среди которых необходимо отметить динамическую смену эффективных
степеней свободы, управляемые переключения между аттракторами,
свидетельствующие о мультистабильности системы. Сосуществование
осцилляторных мод и конкурентная борьба между ними - основные
атрибуты процессов самоорганизации ритмов в нейронных сетях с
четным циклическим торможением. Принципиально важную значимость
для использования ECI-сетей в качестве инструмента для физиологических
исследований имеют фазовые переходы, т.е. качественные изменения
характера ритмогенеза. Динамический репертуар ECI-сетей включает
различные типы осцилляторной активности - пачечный (веретенообразный),
непрерывный (тонический) и непрерывный с фазовым сбросом -
выбор которого может осуществляться в зависимости от модулирующих
входов, параметров релаксации осцилляторных единиц сети и внешних
чрезвычайно слабых воздействий. Обсуждаются нейробиологическая
значимость обнаруженных феноменов самоорганизации, особая роль
среди которых отводится механизмам синхронизации. Рассматривается
возможность исследования с их помощью механизмов восприятия и
других указанных выше функций организма.