На основе современных методов нелинейной динамики и данных нейрофизиологии построены базовые модели нейроноподобных систем для описания динамических режимов функционирования, которые адекватны известным экспериментальным данным об особенностях восприятия и реагирования живых систем на разнообразные сенсорные сигналы. Модели с биологоподобной архитектурой используются для создания технических устройств (симуляторов), которые позволят воспроизвести основные закономерности поведения живых систем. В лаборатории автоволновых процессов получены следующие результаты.
Моделирование процессов преобразования информационных сигналов в нейроноподобных системах. Биометрические системы распознавания человека. Разработана функциональная модель процессов обработки сенсорных сигналов в таламокортикальных сетях мозга. В таких универсальных системах происходит преобразование сенсорных сигналов разных модальностей. На примере взаимодействия четырех нейрональных модулей, каждый из которых моделирует процессы в нейронных ансамблях коры, интернейронов коры, нейронов сенсорных ядер таламуса и ретикулярных ядер таламуса, продемонстрированы режимы нормальной обработки информации и самовозбуждения системы (И. В. Нуйдель, М. Е. Соколов, В. Г. Яхно).

Внешний вид установки

Разработана базовая модификация симулятора шока, стабильно воспроизводящая типичный режим взаимодействия трех нейроэндокринных систем на основе данных о нейрохимических механизмах экстремальных состояний (трехкомпонентная теория стресса и шока). С помощью математической модели успешно воспроизведена динамика физиологических реакций, зарегистрированных в лабораторных экспериментах и в клинике при аналогичных воздействиях. Проведена классификация динамических режимов, и определены основные варианты настроек базового модуля симулятора. Продолжение исследований позволит сформировать информационную технологию, оптимизирующую диагностику течения экстремальных состояний, а также разработку противошоковых лекарственных средств (С. Б. Парин, С. А. Полевая, В. Г. Яхно).
Разработана автономная интегральная биометрическая распознающая система (ИБРС), демонстрирующая работоспособность базовых моделей нейроноподобных систем, для автоматической верификации и идентификации людей по таким биометрическим параметрам, как изображение лица, руки, дактоотпечатка, а также звуки голоса. Тестирование представляемой версии ИБРС проводилось на базе данных для 150—200 человек. Величина ошибки идентификации лежит в диапазоне 0,1—1 % и в зависимости от условий обучения и идентификации несколько возрастает при увеличении числа пользователей в базе данных (А. А. Тельных, А. В. Ковальчук, О. В. Шемагина, В. Г. Яхно).

Исследование диагностических признаков оценки функционального состояния живых систем. Методы регистрации психофизических характеристик человека проводятся в группе С. А. Полевой. На основе инструментальных методов и модельного описания режимов распознавания сенсорных сигналов и управления виртуальными объектами у человека в различных целевых контекстах развивают модействия функциональных модулей в живых и искусственных когнитивных системах.

Измерительный комплекс для когнитивных исследований: слева — принципиальная схема; справа — динамическое картирование физиологического функционального модуля, обеспечивающего распознавание и управление для ориентации отрезка в пространстве

Разработаны математические модели коллективной динамики нейронных популяций сенсорных зон коры головного мозга, согласованные по параметрам с данными психофизического эксперимента. Искусственная нейронная сеть, основанная на модифицированных импульсных нейронах, описывает распределение импульсной активности в двух симметричных (право- и левополушарной) нейронных популяциях, содержащих по 100 элементов при действии дихотического стимула.
Разработана система для персонифицированного мониторинга и дистанционной диагностики функционального состояния человека в условиях свободного поведения на основе интеграции WEB-технологий, беспроводных сенсорных сетей и миниатюрных сенсорных платформ. Создана уникальная возможность для получения знаний о естественной динамике взаимодействия физиологических систем человека, обеспечивающих распознавание, внимание, память, принятие решений, эмоции, организацию поведения без ограничений по расстоянию и подвижности. Анализ данных мониторинга методами нелинейной динамики позволяет осуществить персонифицированное картирование стрессогенных событий, непрерывный контроль экстремальных и оптимальных режимов работы организма и раннюю диагностику опасных функциональных состояний.

Мониторинг режимов энергообеспечения организма в условиях естественной деятельности: вверху — вейвлет-анализ данных мониторинга в процессе интенсивных спортивных тренировок (гребля), отображена динамика истощения ресурсов вегетативной регуляции при очень сильных физических нагрузках; внизу — вариабельность сердечного ритма при изменении целевых функций в естественных условиях

Исследование динамики процессов молекулярной самосборки в многокомпонентных жидкостях. Разработан новый методологический подход к оценке качества многокомпонентных жидкостей без определения их состава (Т. А. Яхно, А. Г. Санин, О. А. Санина, В. Г. Яхно). В его основе — явление самоорганизации капель, высыхающих на твердой смачиваемой подложке. Исследованы физико-химические механизмы процессов самоорганизации. Разработано устройство для регистрации динамики механических и акустических свойств высыхающих капель, отражающих динамику самосборки компонентов жидкостей и перехода их в твердотельное состояние. Сложные физико-химические процессы, происходящие в высыхающей капле, интегрально отображаются в виде кривой акустомеханического импеданса (АМИ). Экспериментально доказано, что форма кривой АМИ является паспортной характеристикой жидкости. Когнитивная составляющая такого подхода — в снижении размерности пространства измерений путем регистрации одного интегрального параметра — динамики АМИ. Количественное сравнение формы кривых исследуемых жидкостей с эталонами позволяет устанавливать аутентичность данных жидкостей. Способ простой, быстрый и дешевый, успешно испытан в медицинской и ветеринарной экспресс-диагностике, при выявлении фальшивых напитков и лекарственных средств. Возможно, аналогичный механизм может работать при восприятии запахов в живых организмах.

Прибор в процессе регистрации акустического импеданса высыхающей капли и результат анализа лекарственных средств (зеленая кривая — для ликвидного и фиолетовая кривая — для фальшивого продукта