Лаборатория сравнительной сенсорной физиологии

История создания

Лаборатория сравнительной сенсорной физиологии была создана в 2020 г. под руководством д.б.н. И. Г. Андреевой, ее основу составили сотрудники разных подразделений ИЭФБ РАН.

Цель исследований — изучение механизмов коммуникации, ориентации в пространстве, сенсорного контроля позы и двигательной активности у представителей разных групп животных и человека. Лаборатория располагает уникальным оборудованием — комплексом акустических камер для проведения электрофизиологических и поведенческих исследований с участием человека и животных.

Основные направления научной деятельности:

1. Сравнительное изучение механизмов ориентации в пространстве и коммуникации у животных и человека

• пространственная избирательность речевого сигнала
• биофизика церкальных механо- и хемо-механо-чувствительных сенсилл насекомых при прецизионной механической стимуляции (Луничкин А.М., Жуковская М.И. совместно с ИРЭ им. В. А. Котельникова, РАН)
• внутривидовая (феромонная) и межвидовая (кайромонная) ольфакторная коммуникация у насекомых в агроценозах (Жуковская М.И. совместно с ВИЗР РАН)
• Механизмы передачи и первичной обработки зрительной информации в сложных глазах насекомого. Роль зрительной информации в организации поведения насекомого (Фролов Р.В., Жуковская М.И., Новикова Е.С.)

2. Сенсорный контроль позы и двигательной активности у представителей разных групп животных и человека

• межсенсорные взаимодействия при движении тела человека и при контроле вертикальной позы во время восприятия слуховой информации о движении
• слухоречевой контроль в условиях шума
• сравнительный анализ сенсорного контроля моторных и премоторных нервных сетей, управляющих поведением разных таксономических групп насекомых

3. Сравнительный анализ сенсорных функций в норме и при социально-значимых патологиях

• глутаматергическая система как мишень для купирования нейропатической боли и зуда
• сравнительный анализ работы бинауральных и монауральных механизмов пространственного слуха при сенсоневральной тугоухости
• слухоречевой контроль при сенсоневральной тугоухости (Андреева И.Г., Луничкин А.М., Штин К.С.)
• изучение состояния слуховой и вестибулярной функции при синдроме хронической усталости и фибромиалгии (Федоткина Т.В., Андреева И.Г., Гвоздева А.П.)

Методы исследований:

• Моделирование виртуальной акустической реальности
• Моделирование процесса принятия решения
• Методы оценки состояния слуха: воздушная и костная аудиометрия, тест Люшера, аудиометрия чередующейся бинаурально речью, дихотический тест, тест обнаружения паузы.
• Субъективное шкалирование качества слухового восприятия
• Психоакустические методы оценки разрешающей способности пространственного слуха
• Постурография
• Методы анализа речевого сигнала
• Методы изучения эффекта Ломбарда (изменения голоса диктора в шуме)
• Психоакустические методы оценки порогов обнаружения и распознавания целевого речевого сигнала на фоне речеподобного шума, включая пространственные аспекты «cocktail-party»
• Методы молекулярного моделирования: молекулярный докинг, молекулярная динамика, анализ структурно-функциональных отношений
• Электрофизиология (электроретинограмма, электроантеннограмма, регистрация импульсных ответов нейронов).
• РНК-интерференция
• Поведенческие методы – регистрация ответов насекомых на сенсорные стимулы, этограммы в открытом поле.

Основные результаты и достижения:

1. Пространственная избирательность речевого сигнала

Андреева И. Г., Огородникова Е. А., Гвоздева А. П., Луничкин А. М.

Изучение механизмов пространственной избирательности слуха и слухового контроля речи при коммуникации в условиях шума является одной из ключевых задач для развития реабилитационных технологий при нарушениях слуха. Бинауральный слух позволяет распознавать речевой сигнал на фоне шумов за счет механизма пространственной избирательности, однако на расстояниях более одного метра это свойство слуха практически не исследовано.

Эксперименты в условиях свободного поля показали, что задача обнаружения речевых стимулов решается более успешно, когда речевой сигнал и речеподобный источник шума пространственно разделены по расстоянию (Andreeva et al., 2019). Пространственное разделение источников целевого речевого сигнала и речеподоб­ного маскера улучшили обнаружение целевого речевого сигнала в шуме при низком отношении сигнал / шум -14 дБ. Когда источники целевого сигнала и маскера были разделены расстоянием 3 м, величина освобождения от маскировки составляла 2-3 дБ. Освобождение от маскировки при равных соотношениях уровня интенсивности целевого сигнала и маскера в месте прослушивания не зависело от того, какой из источников был ближе к слушателю. Эта симметричная ситуация, когда источники размещаются непосредственно перед объектом на разных расстояниях, позволяет предположить возможность слуховой пространственной настройки на определенное расстояние до источника звука.

2. Участие механосенсорных органов насекомых в ответах на внутривидовые акустические сигналы

Луничкин А. М., Жуковская М. И.

Исследования сенсорной регуляции поведения с использованием насекомых в качестве модельных объектов имеет множество преимуществ, включая легкость их содержания и относительно простую нервную систему. Показано, что органы механосенсорного комплекса животных, находящихся на разных эволюционных и онтогенетических стадиях, дополняют работу друг друга, обеспечивая запуск адекватного поведенческого ответа на низкочастотные акустические сигналы (Lunichkin, Knyasev, 2018).

Выполнено сравнение организации механосенсорного поведения у личинок и имаго близкородственных видов сверчков,  имеющих разную структуру дистантного механосенсорного комплекса. В сравнении с личинками G. bimaculatus, имаго Ph. bredoides обладают более низкими порогами чувствительности и более широкими частотными диапазонами сигналов, запускающими движение (Луничкин и др., 2019). Увеличение чувствительности подколенного и церкального органа, по-видимому, связано с утратой акустической сигнализации и развитием новых специфических форм внутривидовой коммуникации, использующих вибрацию субстрата и смещение воздушных потоков.

Представлены установки для двух поведенческих методов – свободное поле (слева) и лабиринт (справа)

С целью изучения функционирования церкального аппарата сверчков, который детектирует воздушные потоки и акустические сигналы ближнего поля, предложен метод регистрации электрической активности изолированного церка — электроцеркограммы.

На рисунке показан фрагмент церкального аппарата сверчков (слева) и ответ церка на толчок воздуха (справа).

В 2021 г. было выполнено морфологическое исследование нитевидных сенсилл Ph. bredoides, которые обладают всеми характерными для этого типа сенсилл элементами внешнего строения — длинным кутикулярным волоском, окружающей его кольцевидной кутикулярной чашей и сочленовной мембраной (Lunichkin, Zhukovskaya, 2021).

 

В 2021 г. для изучения ответов отдельных механорецепторных сенсилл совместно с ИРЭ им. Котельникова РАН, НИЯУ МИФИ и МГТУ им. Н. Э. Баумана, разработан метод микроманипулирования сенсиллами с помощью микроинструментов. Микропинцет был апробирован на препарате церкальных сенсилл сверчка Ph. bredoides. В сочетании с микроманипулятором устройство позволяет захватывать и отклонять на заданный угол с точностью 0.5 в заданном направлении волосок механосенсорной сенсиллы (Borodako et al., 2021).

Разработаны оригинальные электрофизиологические методы и показано, что органы механосенсорного комплекса животных, находящихся на разных эволюционных и онтогенетических стадиях, дополняют работу друг друга, обеспечивая запуск адекватного поведенческого ответа на низкочастотные акустические сигналы (Lunichkin, Knyasev, 2018; Lunichkin, Zhukovskaya, 2021).

3. Внутривидовая (феромонная) и межвидовая (кайромонная) ольфакторная коммуникация у насекомых в агроценозах

Жуковская М. И. совместно с ВИЗР РАН

У ночных насекомых основным каналом получения информации является химическая межвидовая коммуникация. Например, в связи со сменой кормового растения при интродукции кукурузы в Европу и Азию, наблюдается быстрая эволюция предкового вида Ostrinia scapulalis,с увеличением чувствительности обонятельной системы к ключевым компонентам запаха кукурузы.

Показано, что кукурузные мотыльки рода Ostrinia измененяют стратегию расселения и встречи полов, при этом хеморецепторная система адаптируется к изменению действующих концентраций основных аттрактантов: феромонов и запаха растения-хозяина (Zhukovskaya et al., 2018 Zhukovskaya et al., 2020).

антенограмма

ветровой тоннель

Сопоставление данных электроантеннограммы и поведенческих ответов в ветровом тоннеле можно предположить, что у недавно образовавшихся популяций состав феромонной смеси изменился и стал включать не известные пока компонент(ы), улучшающие ответы самцов на смесь, продуцируемую самкой.

На основе сведений о чувствительности насекомых к химическим и оптическим стимулам, полученным в лабораторных условиях, разрабатываются ловушки для для мониторинга 7 модельных видов насекомых в условиях Ленинградской области и Краснодарского края. а именно капустной моли Plutella xylostella, сливовой плодожорки Grapholita funebrana, подсолнечниковой огневки Homoeosoma nebulella, озимой совки Agrotis segetum, мраморного клопа Halyomorpha halys, Plagionotus floralis и обыкновенной складчатокрылой осы Vespula vulgaris.

4. Механизмы передачи и первичной обработки зрительной информации в сложных глазах насекомого. Роль зрительной информации в организации поведения насекомого

Фролов Р. В., Жуковская М. И., Новикова Е. С.

Зрение обеспечивает организм информацией о внешней среде, позволяет находить ресурсы, ориентироваться в пространстве и организовывать свою активность в соответствии со временем суток. Исследования функциональной вариабельности среди фоторецепторов в фасеточных глазах мух, выполненные ранее, выявили, что фоторецепторы фронтальных областей глаза, которые в общем отвечают за бинокулярное зрение, а у самцов также за обнаружение и преследование самок, способны передавать сигналы таких высоких частот, которые не передаются фоторецепторами в других областях глаза. Однако биофизические механизмы, отвечающие за выявленные различия, оставались неизвестными.

фронтальный (слева) и латеральный (справа) фоторецепторы

Морфофизиологическое исследование глаза мухи-журчалки Volucella pellucens выявило значительные различия между фронто-дорзальной и латеральной областями. В морфологическом исследовании было обнаружено, что фронтальные фоторецепторы по сравнению с латеральными имеют в поперечном сечении вдвое меньше микровиллей, которые к тому же значительно более тонкие и короткие.

В электрофизиологических экспериментах исследовали свойства как элементарных, так и различных макроскопических ответов на свет. Фронтальные и латеральные фоторецепторы адаптировались одинаково, фронтальные фоторецепторы деполяризовались гораздо сильнее теми же интенсивностями света. Исследовали зависимости угловых частот передаточных функций, которые однозначно свидетельствовали о связи со степенью деполяризации, и о более глубокой степени адаптации фронтальных фоторецепторов. Адаптация способствовала интеграции спайков и селективному и нелинейному усилению быстрых деполяризующих ответов фоторецептора.

Подавление экспрессии зрительных пигментов фоторецепторов одного спектрального класса у таракана Periplaneta americana, привело к значительному снижению суммарного электрического ответа глаза на свет соответствующей длины волны. Однако, по данным электроретинграфии и поведенческих экспериментов, увеличился вклад фоторецепторов другого спектрального класса в поведенческий ответ насекомого, свидетельствуя о высокой адаптивности зрительной системы насекомого.

ретинограмма

Установка для электроретинографии и амплитуда ответов на зеленый и УФ свет разной интенсивности у контрольного таракана и таракана с даун-регуляцией зеленочувствительного зрительного пигмента. Звездочками показана достоверность различий между РНК-и и контролем (* — Р<0.05, ** — Р<0.01).

5. Межсенсорные взаимодействия при движении тела человека и при контроле вертикальной позы во время восприятия слуховой информации о движении

Андреева И. Г., Тимофеева О. П., Гвоздева А. П.

Важной полимодальной задачей при ориентации в пространстве является поддержание вертикальной позы. Изучение механизмов контроля позы имеет большое значение в реабилитации пациентов с рядом заболеваний, в том числе, с травмами спинного мозга. Данные мировой литературы последних лет указывают на значительную роль слуха в формировании и поддержании позы, но неоднозначность результатов, полученных при разных методических условиях, требуют подробного изучения вопроса.

Контроль позы при отсутствии дистантной информации, при ожидании и прослушивании информации о движении источников звука осуществляется по-разному для людей с разной ведущей модальностью при ориентации в пространстве (Андреева и др., 2019; Тимофеева и др., 2020; Andreeva et al., 2018; Timofeeva, Andreeva, 2021).

Во время прослушивания приближающихся шагов показатели вертикальной позы свидетельствовали о ее дестабилизации:

1. испытуемые смещали ЦД в направлении, противоположном тому, с которого приходит звук,
2. повышались скорость ЦД и разброс положений ЦД,
3. увеличивалась площадь эллипса,
4. снижалось качество функции равновесия (Timofeeva, Andreeva, Gvozdeva, 2021).

Выявлены области коры, специфичные для движения (приближения и удаления) в правом полушарии (в угловой извилине, в надкраевой извилине и в прекунеусе), что свидетельствует о правополушарной латерализации данной функции (Andreeva et al.,2019; Orlov et al., 2021, совместно с Курчатовским институтом).

Совместно с Сурдологическим отделением ГГМСЦ выполняются исследования влияния вращения человека в горизонтальной плоскости на слуховую локализацию.

Показано, что слуховое восприятие движущихся звуковых образов существенно изменяется во время и в течение первых 20 с после вращения испытуемых.

Динамика этих процессов оказалась близка к динамике развития вращательного и поствращательного нистагмов, сопровождающих процесс вращения.

Выявлено асимметричное влияние вращения вправо и влево на локализацию неподвижных звуковых образов.

6. Слухоречевой контроль в условиях шума

Луничкин А. М., Огородникова Е. А., Андреева И. Г., Гвоздева А. П., Зайцева Л. Г.

Речевой сигнал обладает широким набором перцептивных признаков, которые несут как семантическую информацию, так и информацию о дикторе — его возрасте, поле, физическом и эмоциональном состоянии, его местонахождении в пространстве. Все эти признаки играют определенную роль в коммуникации, в том числе, применяются слуховой системой для обнаружения и распознавания целевых речевых сигналов. В 2021 г. было начато изучение изменений параметров русской речи в условиях речеподобного шума.

При анализе спектральных изменений, характеризующих произнесение трех гласных звуков — [i], [u], [a], в речеподобном шуме по сравнению с тишиной, было обнаружено, что в шуме частота основного тона женского голоса F0 значительно увеличивается для всех ударных гласных и во всех позициях – начале, середине и конце слова (Lunichkin et al., 2021). в речеподобном шуме F0, F1 и F2 сдвигались в область спектра, в которой энергия была маскера либо минимальна, либо заметно отличалась от областей его спектральных пиков. Такая стратегия увеличивала контраст между речью диктора и фоновым шумом. Она зависела как от F0 диктора в тишине, так и от спектральных характеристик шума.

Результаты исследования слухо-речевого контроля на фоне речеподобного шума (эффект Ломбарда) демонстрировали улучшение артикуляционного планирования и увеличение различий между ломбардными гласными по сравнению с обычной речью.

Направление изменения спектральных характеристик гласных звуков [a], [i], [u], произнесенных дикторами, относительно амплитудно-частотного спектра речеподобного шума в области формант гласных F0-F2.

7. Сравнительный анализ сенсорного контроля моторных и премоторных нервных сетей, управляющих поведением разных таксономических групп насекомых

Северина И. Ю., Исавнина И. Л., Жуковская М. И.

Поиск пищи, навигация и половое поведение насекомых определяется скоординированным функционированием нейронов, относящихся к разным уровням сенсомоторной интеграции. У тараканов семейства Blaberidae окрашивание выявило сходный паттерн расположения тел и отростков нисходящих нейронов. У тараканов, различающихся поведением, морфологически сходные нисходящие нейроны различаются чувствительностью к сенсорным стимулам и используются в нейронных сетях сходной структурной, но разной функциональной конфигурации. Полученные данные могут быть полезными при использовании тараканов в проектировании биороботов.

Общий план строения нисходящих нейронов в надглоточном ганглии.
ОД – оптическая доля, АН – антеннальный нерв, ДД – дорсальная доля, ПЦ – протоцеребрум.
Стрелки – направление окрашивания по коннективе.
Масштаб: 100 мкм.

8. Глутаматергическая система как мишень для купирования нейропатической боли и зуда

Шестакова Н. Н., Белинская Д. А.

Нейропатическая боль — это боль, которая возникает или была спровоцирована поражением или дисфункцией нервной системы. Нейропатическая боль наблюдается при повреждениях спинного мозга, рассеянном склерозе, при инсультах, сахарном диабете. Большое количество экспериментальных и клинических данных свидетельствуют о первостепенной роли глутаматных ионотропных рецепторов N-метил-D-аспартата (NMDAR) в патогенезе нейропатического болевого синдрома.

Молекулярное моделирование проводится следующими методами:

• программа HyperChem — для расчетов трехмерных структур малых молекул;
• онлайн сервис ChemDes для расчета молекулярных дескрипторов;
• программы DOCK, Rosetta, Autodock Vina, ICM для проведения молекулярного докинга;
• программы Gromacs, NAMD — для процедур молекулярной динамики;
• MM-PBSA, MM-GBSA, LIE — для анализа и оценки количественных характеристик эффективности взаимодействия биологических молекул;
• программы STATISTICA, R, Excel — для анализа структурно-функциональных отношений (3D-QSAR) (корреляционный, статистического регрессионный, дисперсионный анализы)

В сотрудничестве с лабораториями сравнительной нейрофизиологии, биофизики синаптических процессов и отделом молекулярной фармакологии и медицины ИЭФБ РАН, а также СПбГМУ им. академика И.П. Павлова, Институтом профпатологии и экологии человека, Петрозаводским государственным университетом и Медицинским университетом г. Софии (Болгария) мы изучаем патофизиологию нейропатической боли и проводим поиск способов её купирования через воздействие на глутаматергическую систему.

Для этого мы применяем комплексный химико-фармакологический подход, включающий электрофизиологические методы, биохимический анализ, тестирование на животных моделях, клинические исследования и методы молекулярного моделирования.

Структура NMDA-рецептора

Структура психотропных препаратов, блокирующих NMDA-рецептор по потенциал- и магний-зависимому механизму

Показано, что одним из механизмов противоболевого действия антидепрессантов, антиконвульсантов и нейролептиков является потенциал- и магний-зависимое ингибирование NMDA-рецепторов, и электростатические взаимодействия играют определяющую роль в связывании в канале NMDA-рецептора. Определен фармакофор для вольтаж-зависимых блокаторов NMDA-рецептора для пре-скрининга потенциально эффективных противоболевых препаратов среди антидепрессантов, антиконвульсантов и нейролептиков.

Методами молекулярного докинга и молекулярной динамики изучены детали связывания молекулы трициклического антидепрессанта амитриптилина, обладающего противоболевой эффективностью, с ионной порой NMDA-рецептора.

Взаимодействие амитриптилина с NMDA-рецептором по данным молекулярного моделирования

Для снижения негативных побочных эффектов прямого воздействия на NMDA-рецептор для купирования нейропатической боли проводятся исследования о возможном опосредованном влиянии на NMDA-рецептор через воздействие на натрий-кальциевый обменник (NCX). Введение селективного блокатора NCX препарата KB-R7943 как здоровым, так и диабетическим животным не оказало влияния на показатели ЭКГ и вариабельности ритма сердца, что свидетельствует об отсутствии у применения данного препарата побочных влияний на сердечно-сосудистую систему.

9. Сравнительный анализ работы бинауральных и монауральных механизмов пространственного слуха при сенсоневральной тугоухости

Андреева И. Г., Гвоздева А. П., Ситдиков В. М., Клишова Е. С.

Для поздних стадий онтогенеза характерно нарушение функционирования слуховой системы — пресбикузис, т.е. сенсоневральная тугоухость, обусловленная возрастными изменениями. При этом социально-значимом заболевании наряду с ухудшением коммуникативной функции возникают нарушения коммуникации и ориентации в пространстве по слуху. Вместе с тем в мировой клинической практике отсутствуют методы количественной оценки показателей пространственного слуха, а также представления о способности локализовать движущиеся источники звука при сенсоневральной тугоухости различной степени.

Предложен и апробирован в норме и при патологии слуха скрининговый метод оценки пространственной и временной разрешающей способности слуха при локализации движения по радиальной и азимутальной координате (Гвоздева и др., 2020; Андреева и др., 2021). Исследована динамика ухудшения временных и пространственных показателей разре-шающей способности слуха по расстоянию при пресбикузисе (Гвоздева и др., 2020). Выявлена причина вариабельности показателей при оценке движения у пациентов с одинаковым снижением слуха — это нарушение процессов временного анализа, что свидетельствует о вовлечении центральных отделов слуховой системы в патологический процесс (Андреева и др., 2020).

Впервые выполнена оценка порогов по времени, необходимого для определения направления движения по азимуту у пациентов с легкой, умеренной и умеренно-тяжелой степенью сенсоневральной тугоухости (Klishova et al., 2021).

Комплекс акустических камер

был создан для изучения слуховой функции и акустического поведения человека и животных. Он включает Большую акустическую камеру (объект — человек), три акустические камеры для исследования животных малых размеров (мелкие позвоночные и беспозвоночные животные).

Большая акустическая камера

— звукоизолирующее и звукопоглощающее помещение, предназначенное для исследовательских целей в области физиологической акустики и измерительной физики волн в воздушной среде. Может быть использована как сурдокамера, т. есть специальное герметичное звукоизолированное помещение со слабым искусственным освещением и звуконепроницаемыми стенками для проведения физиологических, психологических и прочих исследований. Ее можно применять для разнообразных исследований сенсорных и когнитивных функций человека, в которых необходим контроль акустических условий.

Уникальная камера была разработана сотрудниками ГИПРОНИИ АН СССР и создана в начале 70х гг. прошлого века как уникальное сооружение. Рабочий объем камеры равен 62,5м³ (внутренний объем 7*8*9 м) с диагональю 5,5м. Акустическая изоляция внутреннего объема камеры составляет на низких частотах диапазона слуха человека 60 Гц-1000 Гц не менее 70 дБ и более 80 дБ для частот 6-15 кГц.

Конструктивные особенности внутреннего объема камеры обеспечивают отсутствие эффекта реверберации в звуковом диапазоне частот. Виброизоляция достигается за счет защитных свойств фундамента 12-ти метровой глубины. Электромагнитная изоляция достигается применением защитных экранов от радиоволн.

Для проведения исследований камера оснащена комплектом измерительного акустического оборудования, двумя комплектами динамиков для воспроизведения стимулов и системой регистрации ответа испытуемого. Для акустических измерений в камере используется комплект измерительной аппаратуры мирового уровня фирмы “Брюль и Къер” (микрофон 4145, предусилитель 2639, усилитель 2606). Оценка состояния слуха выполняется на клинических аудиометрах МА-31 или АА-02. Воспроизведение стимулов осуществляется на персональном компьютере MicroXPerts с одной из внешних звуковых карт (Creative E-MU0202, AKAI professional EIE). Со звуковой карты аналоговый сигнал направляется на профессиональный усилитель мощности (NevaAudio SA-3004, ONKIO A-9317) и предъявляется испытуемому с помощью комплекта динамиков типа Klipsch R-3800-C или SONY XSF1720. В камере смонтирован комплект динамиков, которые формируют распределенный в пространстве шум (интернализованный шум). В психоакустических исследованиях предусмотрена регистрация варианта ответа испытуемого с оценкой времени реакции.

Три акустических камеры для исследования животных малых размеров

Акустические заглушенные анаэхоидные камеры этого типа предназначены для изучения акустического поведения и нейрофизиологических механизмов слуха беспозвоночных животных и мелких позвоночных. В камерах используется рельефные звукозаглушающие плиты из акустического поролона («ФЛЕКСАКУСТИК Пирамида-50») (Коэффициент звукопоглощения (α_W) =0.65; реверберационный коэффициент звукопоглощения (α_s) – 0.1 – 0.2 кГц = 0,13; 0.3 – 0.4 кГц = 0.35; 0.5 – 0.7 кГц = 6.9; >0.8 кГц = 0.9). Камеры оснащены устройствами освещения с регулируемыми суточными циклами и термостатами для контроля температурного режима. Камеры оборудованы видеорегистраторами, виброметрами, устройствами записи и воспроизведения звука, регистрации суммарных потенциалов. При необходимости проведения операций на животных (удаление\ограничение работы сенсорных органов, в том числе и обратимое; удаление желез внутренней секреции) в наличии есть бинокулярная лупа с видеокамерой и набор хирургических инструментов. Виварий Института и климатрон Лаборатории сравнительной физиологии сенсорных систем содержит круглогодичные культуры беспозвоночных: сверчки (Gryllus bimaculatus, Acheta domesticus, Phaeophilacris bredoides, Gryllus campestris, Gryllus locorojo, Gryllodes supplicans); тараканы (Gromphadorhina portentosa, Periplaneta americana).

С использованием камер такого типа могут быть решены следующие задачи:

• Описание жизненных циклов насекомых, периодизация имагинального онтогенеза.
• Изучение и описание разных видов поведения насекомых с заданными экспериментальными условиями (акустическая стимуляция, температурный и световой режим).
• Изучение поведения в методиках «лабиринта», «открытое поле», «трек-болл», «имитации полета» и видеорегистрацией элементов поведения.
• Запись и анализ акустических сигналов насекомых. Создание на их основе моделей видоспецифических сигналов.
• Изучение функционирования механосенсорного комплекса у насекомых электрофизиологическими методами.
• Изучение моторных реакций биоботов на основе тараканов Gromphadorhina portentosa и Periplaneta americana.

В данный момент имеется две полностью оборудованных акустических камеры и одна на стадии монтажа.

Акустическая камера для исследования животных малых размеров 1

Размеры: 70 х 60 х 50 см. Объем: 210000 см³. Стенки покрыты поролоновой звукозаглушающей изоляцией. При необходимости покрытие может быть изменено с учетом акустических требований.

Температурный режим камеры поддерживается термостатом Hydor Hydroset. Мощность до 500 Вт. Диапазон регулировки, °C: 18 – 35. Термокабель 0,5 кВт. Нагрев камеры до максимальной температуры — 2 часа 15 минут, охлаждение при открытой двери до 23 градусов  — 12 минут.

Освещение обеспечивается обеспечивается светодиодной лентой, подключенной к цифровому розеточному таймеру BND-50/SG3. 7-дневная программа, 230/3500Вт. Рабочее напряжение 230В, 50 Гц. Максимальная нагрузка 16А/3600Вт. Рабочая температура До +40̊С. Точность хода часов +/-1 минута в неделю. Резервный аккумулятор Ni-Cd 1.2B.

Работа оборудования, расположенного в камере обеспечивается компьютером модель 500-009er E3J13EA Серия Pavilion 500. Процессор: Макс. такт. частота 4 ГГц, Количество ядер 4. Кэш-память 2 х 2 МБ. Частота процессора 3.4 ГГц. Оперативная память 8 ГБ. Жесткий диск 2 ТБ. Видеокарта NVIDIA GeForce GT640. Объем видеопамяти 4 ГБ. Операционная система Windows 8 64 bit. Привод (ODD) DVD+/-RW.

Акустическая камера для исследования животных малых размеров 2

Размеры: 110 х 60 х 70. Объем: 462000 см³. Стенки покрыты поролоновой звукозаглушающей изоляцией.

Температурный режим камеры поддерживается собранным вручную нагревателем, поддерживающим температуру 26°C. Нагрев камеры до максимальной температуры 26°C – 10 минут. Охлаждение камеры после выключения – 15 минут.

Освещение обеспечивается осветителем AquaLighter 3 на базе светодиодов OSRAM (Германия). Световая температура: 6500К. Световой поток не менее, Люмен: 2150 lm. Мощность: 19 Вт. Размеры: 280х75х33 мм.

В камере находится держатель, позволяющий фиксировать животное в воздухе по методам «трек-болл» и «полет».

Работа оборудования, расположенного в камере обеспечивается компьютером с процессором Макс. такт. частота 4 ГГц, Количество ядер 4, Производитель процессора Intel, Частота процессора 3.2 ГГц. Оперативная память 16 ГБ, жесткий диск (HDD) 2 ТБ. Видеокарта встроенная. Операционная система Windows 7 64 bit. Привод (ODD) DVD+/-RW

Акустическая заглушенная анаэхоидная камера 3

Размеры: 150х180х240 Объем: 6480 000 см³.

Стенки покрыты поролоновой звукозаглушающей изоляцией.

Камера находится в процессе монтажа.

Планируется поместить в камеру: электрофизиологическую установку, генератор потока воздуха, площадку для исследования поведения биобота, площадку для опытов в открытом поле, генератор управляющих импульсов биоботов.

Работа в обеих рабочих акустических камерах обеспечивается следующим оборудованием, которое может быть монтировано в любую из камер, в зависимости от поставленных задач:

1. Запись видео из камер производится инфракрасной видеокамерой Genius e-Face 1325R. Матрица 1.3 МП. Разрешение видео 1280×1024. Подключение через USB 2.0. Встроенный микрофон. Ручная фокусировка.
2. Запись звука из камер производится микрофоном МПА 201. Диаметр 1/2 дюйма. Предусилитель MA231. АЧХ от 20 Гц до 20 кГц. Чувствительность без нагрузки (±2 дБ) 45 мВ/Па Динамический диапазон от 16 до 134 дБ (А).
3. Запись вибрации из камеры производится датчиком обнаружения утечек ZET 131. Чувствительность 20 000 мВ/g. Относительная поперечная чувствительность <5 %. Амплитудный диапазон ±0,4 g. Частотный диапазон 3…400 Гц.
4. Звук и вибрация записываются, анализируются и оцифровываются с помощью анализатора спектра ZET 017-U2. Количество аналоговых входов по напряжению и ICP: 2. Частотные диапазоны одновременно анализируемых сигналов DC…2, DC…20, DC…200, DC…2 000, DC…20 000 Гц. Антиэлайзинговая фильтрация сигналов до 50 кГц. Фильтры ФНЧ реализованы цифровыми фильтрами Баттерворта 120 дБ/окт для частот дискретизации 50 Гц, 500 Гц, 5 кГц, 50 кГц. Фильтры с частотной коррекцией по ГОСТ 17187-2010 (IEC 61672-1:2002) А, В, С, D для шумомеров 1 класса точности. Объем энергонезависимой памяти (встроенный флэш-накопитель) до 8 Гб.

Педагогическая деятельность:

• Андреева Ирина Германовна — профессор кафедры социальной психологии СПбГУП, читает курсы лекций по анатомии ЦНС и сенсорных систем, нейрофизиологии, психофизиологии, психогенетики. Руководит подготовкой двух кандидатских диссертаций на темы: «Влияние на ототопику периферических и центральных нарушений, характерных для пресбиакузиса» и «Компенсаторные механизмы контроля звукопроизношения при электроакустической коррекции слуха у взрослых лиц с сенсоневральной тугоухостью»
• Жуковская Марианна Исааковна руководит подготовкой кандидатской диссертации на тему «Влияние спектрального состава и интенсивности света на регуляцию поведенческой активности у таракана Periplaneta Americana L.». Под ее началом в 2020 г. была защищена кандидатская диссертация А.М. Луничкина «Изучение вклада церкального органа в организацию движения у непоющих сверчков».
• Федоткина Тамара Викторовна — доцент кафедры доцент кафедры гистологии и эмбриологии имени проф. А.Г. Кнорре, Санкт-Петербургский государственный педиатрический медицинский университет Минздрава России (СПбГПМУ), лекционные и практические занятия по гистологии и эмбриологии для студентов 1 и 2 курса стоматологического, педиатрического, лечебного факультетов, а также факультета медицинской биофизики. С 2020 г. – доцент кафедры морфологии с курсом гистологии, цитологии и эмбриологии Института медицинского образования ФГБУ «НМИЦ им. В.А. Алмазова» Минздрава России, лекционные и практические занятия для студентов 1 и 2 курса по дисциплине «Гистология, цитология, эмбриология» в рамках программы специалитета 31.05.01 Лечебное дело.
• Шестакова Наталия Николаевна руководит бакалаврскими и студенческими работами Руководство работой студентов, участвующих в исследованиях по гранту РФФИ_Болг № 20-515-18008.
• Дашиева В.Ж., студентка, Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, СПБПУ, Санкт-Петербург; выполняет бакалаврскую работу «Исследование побочных эффектов применения селективного блокатора натрий-кальциевого обменника KB-R7943 как противоболевого препарата у крыс с вызванным сахарным диабетом 1 типа».
• Бородин М.А, студент НМИЦ им. В.А. Алмазова Минздрава РФ, Санкт-Петербург.
• Захарова А.А., студентка НМИЦ им. В.А. Алмазова Минздрава РФ, Санкт-Петербург

Сотрудничество:

Гранты:

Андреева Ирина Германовна

---

д.б.н.

зав. лабораторией

  (812) 552-32-56

  ig-andreeva@mail.ru

Сотрудники

Жуковская

Марианна Исааковна

к.б.н.

ведущий научный сотрудник

Шестакова

Наталия Николаевна

к.б.н.

ведущий научный сотрудник

Северина

Ирина Юрьевна

к.б.н.

старший научный сотрудник

Тимофеева

Ольга Петровна

к.б.н.

старший научный сотрудник

Федоткина

Тамара Викторовна

к.б.н., доцент кафедры анатомии и гистологии

старший научный сотрудник

Луничкин

Александр Михайлович

к.б.н.

научный сотрудник

Новикова

Екатерина Сергеевна

к.б.н.

научный сотрудник

Зайцева

Лариса Георгиевна

 

младший научный сотрудник

Исавнина

Инга Львовна

 

младший научный сотрудник

Пуйто

Александра Александровна

 

младший научный сотрудник

Скиба

Богдан Олегович

 

старший лаборант-исследователь

Ситдиков

Владимир Масгутович

 

ведущий инженер