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.