Лаборатория организована в 1960 г . проф. Н. А. Рокотовой. Научное направление работы в первые годы определялось задачей исследовать влияние длительного ограничения двигательной активности на функционирование организма. В качестве объекта изучения использовались обезьяны. На основании проведенных исследований был сделан важный для зарождавшейся в то время космической физиологии вывод о том, что длительное ограничение двигательной активности не вызывает существенных нарушений в функционировании основных систем организма. Впоследствии в центр научных интересов лаборатории была поставлена проблема изучения пространственно-временной организации движений человека. Изучались следящие движения человека, деятельность человека-оператора за пультом управления, прицельные движения рукой. Существенным теоретическим достижением работы этого периода явилось формирование представлений о принципе работы мозга как системы, управляющей собственными исполнительными устройствами и управляемой через сенсорные входы.
В 1977–1995 гг. лабораторию возглавлял проф. Ю.Т. Шапков. В этот период осуществлялась разработка проблемы сенсорного обеспечения движений. Изучалось соотношение механизмов программного управления движениями и механизмов сенсорных коррекций. Проводились исследования центральных механизмов переработки проприоцептивной информации и организации моторных команд, роли кинестезического образа в регуляции временных, пространственных и силовых характеристик движения. Достижения лаборатории в этот период связаны с систематическим исследованием постактивационной потенциации мышечного сокращения, разработкой новой классификации мышечных рецепторов, выдвижением новой научной концепции о различной роли сигналов проприоцептивной обратной связи в регуляции разучиваемых и выученных движений.
С 1995 г . руководителем лаборатории является чл.корр. РАН д.б.н. профессор Ю. П. Герасименко. Современное направление работы лаборатории связано с изучением адаптивных механизмов спинного мозга в моторном контроле движений. В клинических исследованиях на больных с повреждением спинного мозга экспериментально доказано, что у человека, как и у других млекопитающих, в спинном мозге существуют генераторы шагательных движений – нейронные сети, продуцирующие координированную двигательную активность. Установлены рефлекторные механизмы, специфичные для сгибательных и разгибательных мышц при формировании шагательных движений, вызываемых электрическим раздражением спинного мозга. Сформулированы условия инициации активности шагательных генераторов посредством эпидуральной стимуляции спинного мозга, предложена научно-обоснованная концепция реабилитации больных с повреждением спинного мозга. В настоящее время изучаются закономерности управления шагательными генераторами посредством неинвазивной чрескожной стимуляции спинного мозга в сочетании с периферической стимуляцией проприорецепторов .
Научные направления
В острых экспериментах на децеребрированных и спинализированных кошках изучаются рефлекторные и внутрицентральные механизмы, обусловливающие возникновение локомоторной активности при эпидуральной стимуляции спинного мозга. Показано, что шагательный генератор можно активировать двумя способами: через спино-бульбо-спинальную петлю, стимулируя проприоспинальную систему, и через дорсальные корешки и дорсолатеральные канатики, воздействуя эпидуральной стимуляцией на ростральные сегменты поясничного утолщения.
Исследованы механизмы конвергенции разных входов (стимуляция L2 и S1) на нейронные спинальные сети, ответственные за регуляцию постуральных и локомоторных функций. Определены пространственно-временные характеристики стимулирующих воздействий, прикладываемых к ростральным и каудальным сегментам поясничного отдела, для их синергичного облегчающего влияния на локомоторные нейронные сети.
Проводится гистологическое исследование спинного мозга кошки. Выявление различных иммуногистохимических маркеров позволяет понять организацию структур спинного мозга включенных в локомоторную функцию. Для определения нейрональной активности спинальных локомоторных сетей применяется метод иммуногистохимического выявления уровня экспрессии раннего гена с- fos при эпидуральной стимуляции. Определена скелетотопия сегментов спинного мозга по отношению к позвоночнику.
Разработана новая неинвазивная стратегия стимуляции спинного мозга , способная модулировать физиологическое состояние поврежденного спинного мозга. Показано, что чрескожная стимуляция спинного мозга может инициировать шагательные движения у децеребрированных животных.
На здоровых испытуемых установлен o , что в условиях горизонтальной вывески ног (снятие сил гравитации) чрескожная стимуляция спинного мозга способна инициировать шагательные движения у здоровых испытуемых. Установлено, что мультисегментарная стимуляция более эффективно инициирует шагательные движения, чем стимуляция одного уровня. Сделан вывод, что облегчающий эффект мультисегментарной стимуляции связан с интеграцией и взаимодействием разных входов на локомоторных нейронных сетях, а не с простой их суммацией
В клинических исследования показано, что чрескожная стимуляция спинного мозга способна облегчать выполнение произвольных движений у парализованных пациентов. Стимуляция спинного мозга в сочетании с локомоторными тренировками позволяет реактивировать нейронные локомоторные сети у пациентов с полным моторным поражением спинного мозга. Разработанные технологии открывают новые возможности для фундаментальных исследований механизмов регуляции движений и для использования их в двигательной нейрореабилитации.
Исследование механизмов организации последовательностей движений руки в рамках представлений о полушарной специфичности организации движений (2006-2015) показало, что и у правшей, и у левшей обучение воспроизведению последовательностей ведущей рукой осуществляется преимущественно с использованием векторного кодирования, не ведущей – позиционного, и они локализованы в противоположных полушариях у правшей и левшей. При воспроизведении последовательности с внедренным в нее заранее выученным участком и правши, и левши могут использовать заранее заученную информацию не только для воспроизведения ее в более длинной последовательности, но и для воспроизведения оставшейся части этой последовательности. Наличие чанка в последовательности наиболее существенно увеличивает точность воспроизведения оставшейся случайной части последовательности при работе не ведущей рукой, наименее –ведущей рукой, причем у правшей это выражено более четко, чем у левшей. На базе двунаправленной гетероассоциативной сети разработана модель позиционного и векторного кодирования, качественно воспроизводящая характеристики ошибок испытуемых.
C 2016 г .проводится исследование роли двигательных тренингов для управления системой «интерфейс-мозг-компьютер».
