БИОФИЗИКА, 2020, том 65, № 4, с. 798-803

БИОФИЗИКА СЛОЖНЫХ СИСТЕМ

УДК 57.042: 57.017: 573.7

КОНТРАСТНАЯ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ ЗРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ

В УСЛОВИЯХ «СУХОЙ» ИММЕРСИИ

В.А. Ляховецкий*, С.В. Пронин*

*Институт физиологии им. И.П. Павлова РАН, 199034, Санкт-Петербург, наб. Макарова, 6

**Санкт-Петербургский государственный университет, 190121, Санкт-Петербург, ул. Галерная, 58-60

***Институт медико-биологических проблем РАН, 123007, Москва, Хорошевское шоссе, 76а

****Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики»,

190121, Санкт-Петербург, ул. Союза Печатников, 16

E-mail: shoshinaii@mail.ru

Поступила в редакцию 30.11.2019 г.

После доработки 19.02.2020 г.

Принята к публикации 04.06.2020 г.

Проведена оценка контрастной чувствительности зрительной системы в различных диапазонах

пространственных частот в условиях «сухой» иммерсии, используемой для моделирования физио-

логических эффектов микрогравитации. Контрастная чувствительность в диапазоне низких и вы-

соких пространственных частот позволяет судить о функциональном состоянии магно- и парвоцел-

люлярной нейронных систем, формирующих дорзальный и вентральный потоки информации из

затылочных во фронтальные отделы коры головного мозга. В исследовании приняли участие десять

добровольцев, время пребывания которых в условиях «сухой» иммерсии составило 21 сутки. Кон-

трастную чувствительность регистрировали в динамике с помощью метода визоконтрастометрии. В

качестве стимулов использовали элементы Габора. Установлено повышение контрастной чувстви-

тельности в диапазоне низких пространственных частот, к восприятию которых специфична маг-

ноцеллюлярная система, на третий день нахождения в условиях иммерсии и через день после окон-

чания эксперимента, по сравнению с фоновыми значениями. Контрастная чувствительность в диа-

пазоне высоких пространственных частот, к которым специфична парвоцеллюлярная система, в

эксперименте не изменялась. Таким образом, получены данные о включенности магноцеллюляр-

ной нейронной системы в процессы адаптации к экстремальным условиям среды.

Ключевые слова: контрастная чувствительность, нейронные сети, магноцеллюлярная и парвоцеллюляр-

ная система, пространственно-частотная фильтрация, иммерсия, микрогравитация, адаптация.

DOI: 10.31857/S0006302920040237

Зрительное восприятие играет ведущую роль в

лярной систем рассматривается как частный слу-

обеспечении головного мозга информацией, не-

чай работы механизмов глобального и локально-

обходимой ему для принятия решения, построе-

го анализа, в которой могут быть задействованы и

ния внутренней картины внешнего мира, адапта-

другие пути.

ции к меняющимся условиям среды.

Магноцеллюлярная система представлена

С позиций теории пространственно-частот-

большими ганглиозными клетками с большими

ной фильтрации зрительное восприятие обеспе-

рецептивными полями [5], с проекциями к маг-

чивается в результате различения пространствен-

ноцеллюлярным слоям латерального коленчато-

но-частотных характеристик зрительных стиму-

лов множеством относительно «узких» фильтров

го тела и затем к слою 4Сα первичной зрительной

коры. Нейроны этой системы более чувствитель-

(каналов) - нейронных комплексов, настроен-

ных на восприятие разных пространственных ча-

ны к низким пространственным и высоким вре-

стот [1, 2]. Каналов много, однако условно можно

менным частотам [6, 7], обеспечивая тем самым

выделить основные из них - крупноклеточные

быстрое проведение информации к нейронам

магноцеллюлярные и мелкоклеточные парвоцел-

преимущественно дорзального пути головного

люлярные каналы, наличие которых было пока-

мозга [8, 9]. Эти свойства определяют ведущую

зано еще нобелевскими лауреатами Д. Хьюбелом

роль магноцеллюлярных каналов в обработке ин-

и Т. Визелом [3, 4]. Работа магно- и парвоцеллю-

формации о глобальной организации стимула

798

КОНТРАСТНАЯ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ ЗРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ

799

[10, 11], в процессах «предвнимания» [10-13] и

щим условиям, т.е. болезнь является результатом

анализе движения [14].

недостаточности адаптационных механизмов, их

истощения и срыва [29, 30]. В связи с этим погра-

Парвоцеллюлярная система представлена

ничные состояния и собственно психоз также

мелкими ганглиозными клетками с маленькими

рассматриваются как состояние дезадаптации.

рецептивными полями [12], с проекциями к пар-

воцеллюлярным слоям латерального коленчатого

Данные, полученные ранее на модели профес-

тела и затем к слою 4Сβ первичной зрительной

сионального выгорания [28] и модели шизофре-

коры, а также слоям IVA и VIA. Нейроны этой си-

нии [21-24], позволили предположить, что функ-

стемы более чувствительны к высоким простран-

циональное состояние магноцеллюлярной систе-

ственным и низким временным частотам [12, 13,

мы, которое может быть зафиксировано путем

15-18]. Они обеспечивают медленное по сравне-

оценки контрастной чувствительности в диапазо-

нию с магноцеллюлярными нейронами проведе-

не низких пространственных частот, отражает

ние информации преимущественно к нейронам

процессы адаптации системы зрительного вос-

вентрального пути, пролегающего через нижне-

приятия в ответ на воздействие экстремальных

височную зону коры головного мозга [8]. Эти

факторов. Изменение чувствительности любой

свойства определяют ведущую роль парвоцеллю-

из оппонентных магноцеллюлярной или парво-

лярных каналов в процессах выделения отдель-

целлюлярной нейронных систем приводит к рас-

ных объектов и деталей объектов, т.е. локального

согласованию в их работе, а степень рассогласо-

анализа зрительного поля [11]. Нейроны магно-

вания, можно сказать, определяет функциональ-

целлюлярных каналов активируются на низких

ное состояние субъекта.

уровнях контраста (до 16%), отвечают за перифе-

В ходе исследований с регистрацией электро-

рическое зрение, парвоцеллюлярные нейроны

энцефалограммы у космонавтов при решении

активируются при достижении контраста поряд-

ими задачи навигации показано, что микрограви-

ка 10% и продолжают отвечать вплоть до полного

тация приводит к функциональной реорганиза-

насыщения и обеспечивают центральное зрение

ции дорзального пути [31]. Дорзальный путь, как

[18-20].

было указано выше, формируется отростками

Результаты исследований функционального

нейронов магноцеллюлярной системы.

состояния и характера взаимодействия магно- и

С целью получить свидетельства того, что про-

парвоцеллюлярной систем на разных уровнях об-

цесс адаптации организма к экстремальным воз-

работки информации в условиях хронического

действиям сопровождается изменением чувстви-

стресса и психопатологии свидетельствуют о зна-

тельности магноцеллюлярной системы, было

чимости согласованной работы этих систем для

предпринято исследование по оценке контраст-

формирования целостного представления об

ной чувствительности в условиях «сухой» иммер-

окружающей среде и адаптивного поведения.

сии, используемой в гравитационной физиоло-

Рассогласование взаимодействия магно- и парво-

гии для моделирования физиологических эффек-

целлюлярной нейронных систем, соответственно

тов невесомости [32].

механизмов глобального и локального анализа

изображений, приводит к стойким сенсорным

нарушениям, наблюдающимся, в частности, при

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

шизофрении [21-27]. В ходе изучения функцио-

нального состояния этих систем в условиях хро-

К участию в исследовании врачебно-эксперт-

нического стресса показано повышение кон-

ной комиссией были допущены десять добро-

трастной чувствительности в диапазоне низких

вольцев-испытателей (средний возраст

29.8

пространственных частот и, соответственно, ак-

± 1.2 года). Все исследования были неинвазивны-

тивности магноцеллюлярной системы [28], обес-

ми. Оборудование соответствовало нормам без-

печивающей глобальный механизм анализа зри-

опасности. Все испытатели находились в услови-

тельной информации. Еще более выраженное

ях 21-суточной «сухой» иммерсии: были погруже-

повышение активности магноцеллюлярной си-

ны в ванну размером 200 × 100 × 100 см (рис. 1),

стемы по сравнению с состоянием хронического

наполненную водой, температуру которой под-

стресса характерно для больных шизофренией с

держивали на уровне 33.0 ± 0.5°С. Поверхность

первым психотическим эпизодом [21, 24]. Обра-

воды была покрыта свободно плавающей водоне-

щает внимание тот факт, что при переходе в со-

проницаемой тканью. Площадь ткани более чем в

стояние ремиссии эти пациенты демонстрируют

два раза превосходила площадь зеркала воды. Та-

такую же контрастную чувствительность в диапа-

ким образом, испытатель, будучи погруженным в

зоне низких пространственных частот, как и пси-

толщу воды, был изолирован от непосредствен-

хически здоровые испытуемые. С позиций тео-

ного контакта с ней, в связи с чем, данный метод

рии адаптации переход от здоровья к болезни

и получил название «сухой» иммерсии. Режим

представляет собой процесс постепенного сни-

дня во время иммерсии включал время на прове-

жения степени адаптации организма к окружаю-

дение экспериментальных процедур, гигиениче-

БИОФИЗИКА том 65

№ 4

2020

800

ШОШИНА и др.

С помощью метода визоконтрастометрии [33]

регистрировали контрастную чувствительность

зрительной системы в диапазоне низких, средних

и высоких пространственных частот, к которым в

разной степени чувствительны нейроны магно-

целлюлярной и парвоцеллюлярной системы.

Для этого использовали компьютерную програм-

му, разработанную С.В. Прониным в Институте

физиологии им. И.П. Павлова РАН, позволяю-

щую формировать тестовые изображения на мо-

ниторе любого типа без предварительной его ка-

либровки.

Для передачи яркостного профиля тестовых

изображений в ней использованы вариации плот-

ности случайно расположенных на черном фоне

белых точек. Для измерения порогового контра-

ста применена адаптивная «лестничная» проце-

дура (adaptive staircase procedure). Стимулы предъ-

являли на экране монитора с диагональю 40 см,

разрешением 1024 × 600 пикселей, частотой об-

новления 60 Гц. В случайном порядке слева или

справа от центра экрана выводили элементы Га-

бора с пространственной частотой 0.4, 0.8, 1.0,

3.0, 6.0 и 10.0 цикл/град. Задача испытателя со-

стояла в том, чтобы нажать на правую кнопку мы-

ши, если он видит изображение справа, левую

кнопку - если видит изображение слева. Выбор

просили делать и тогда, когда испытатель не был

уверен, что видит тестовое изображение. Измере-

ние начинали с контраста 0.5 и понижали его до

порогового уровня, при котором испытатель с ве-

роятностью 0.5 допускал хотя бы одну ошибку,

после чего контраст начинал колебаться вокруг

этого уровня. Шаг изменения контраста состав-

лял 20%. Количество повторов для каждой про-

странственной частоты равнялось восьми. Изме-

рения проводили в темноте, источником освеще-

Рис. 1. Демонстрация условий «сухой» иммерсии и

ния был только экран монитора.

предъявления стимулов в эксперименте с оценкой

контрастной чувствительности зрительной системы в

Иммерсионную ванну с установленным на ней

разных диапазонах пространственных частот.

на расстоянии 1.5 м от испытателя монитором на-

крывали плотной черной тканью, не пропускаю-

щей солнечный свет (рис. 1). Монитор был уста-

ских операций и выполнение профилактических

новлен так, чтобы уровень расположения глаз ис-

мероприятий. Один раз в день испытателей из-

пытателя примерно соответствовал середине

влекали из ванны и укладывали на каталку в стро-

экрана. Наблюдение осуществляли бинокулярно.

го горизонтальном положении для проведения

Острота зрения всех испытателей соответствова-

гигиенических процедур, занимавших не более

ла норме.

15 мин.

Статистическую обработку данных выполняли

с помощью критерия Манна-Уитни пакета ста-

Так как процесс адаптации - динамическое

тистических программ SPSS-11.

образование, соответственно контрастную чув-

ствительность зрительной системы регистриро-

вали в динамике. Фоновые замеры проводили

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

дважды до начала эксперимента за 48 ч и за 24 ч до

Анализ полученных данных выполнен исходя

помещения в ванну. Далее замеры контрастной

из представлений об изменении контрастной чув-

чувствительности проводили на третьи, десятые и

ствительности в разных диапазонах простран-

двадцатые сутки нахождения в условиях «сухой»

ственных частот и контрастно-частотной специ-

иммерсии и через сутки после «выемки».

фичности магноцеллюлярной и парвоцеллюляр-

БИОФИЗИКА том 65

№ 4

2020

КОНТРАСТНАЯ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ ЗРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ

801

ной систем. Контрастную чувствительность при

Фон

восприятии элементов Габора с пространственной

Третьи сутки

частотой 0.4 и 0.8 цикл/град рассматривали как

Десятые сутки

чувствительность в диапазоне низких простран-

Двадцатые сутки

Через сутки

ственных частот, 1.0 и 3.0 цикл/град - средних

после «выемки»

пространственных частот, 6.0 и 10.0 цикл/град -

высоких пространственных частот.

Средние фоновые показатели контрастной

чувствительности испытателей в диапазоне низ-

ких пространственных частот составили

10.4 ± 5.1, средних частот - 11.7 ± 3.6, высоких

пространственных частот - 4.6 ± 2.6 (рис. 2). На

третьи сутки нахождения в условиях «сухой» им-

Низкие Средние Высокие

мерсии контрастная чувствительность в диапазо-

Диапазон пространственных частот

не низких пространственных частот составила

13.6 ± 4.9, средних - 12.5 ± 4.5, высоких про-

Рис. 2. Показатели контрастной чувствительности в

странственных частот - 5.0 ± 2.2. В результате

разных диапазонах пространственных частот до на-

чала эксперимента (фон), в условиях «сухой» иммер-

статистического анализа полученных данных

сии (третьи, десятые и двадцатые сутки) и через сутки

установлено, что при адаптации к условиям «су-

после ее окончания (после «выемки» из ванны).

хой» иммерсии происходит достоверное повыше-

ние контрастной чувствительности в диапазоне

низких пространственных частот (р < 0.02), к вос-

ных частот, к восприятию которых более специ-

приятию которых специфична магноцеллюляр-

фична парвоцеллюлярная система, не изменяет-

ная система.

ся, соответственно, активность этой системы в

На десятые сутки испытатели демонстрирова-

экстремальных условиях «сухой» иммерсии оста-

ли практически такую же контрастную чувстви-

ется прежней. Так как активность одной из оппо-

тельность, как и до начала эксперимента (фоно-

нентных систем возрастает, а другой - остается

вые показатели). На двадцатые сутки нахожде-

прежней, можно говорить о рассогласовании в

ния в условиях «сухой» иммерсии показатели не

работе этих систем при адаптации к новым усло-

изменились. Однако через сутки после «выемки»

виям среды. При этом маркером процесса адап-

из ванны вновь произошло повышение контраст-

тации является функциональное состояние маг-

ной чувствительности в диапазоне низких про-

странственных частот относительно фонового

ноцеллюлярной системы, нейроны которой фор-

уровня и показателей на десятые и двадцатые

мируют дорзальный путь передачи информации

сутки нахождения в условиях «сухой» иммерсии.

из затылочных в передние отделы коры головного

Контрастная

чувствительность

составила

мозга и обеспечивают глобальный механизм ана-

12.4 ± 5.0 (р < 0.02). В диапазоне средних про-

лиза информации (от общего к частному). Чув-

странственных частот также произошло некото-

ствительность парвоцеллюлярной системы, фор-

рое увеличение контрастной чувствительности -

мирующей вентральный путь передачи информа-

до 12.5 ± 3.7 на третьи сутки и 12.9 ± 3.9 после

ции из затылочных в передние отделы коры мозга

«выемки» по сравнению с контрастной чувстви-

и обеспечивающей механизм локального анализа

тельностью в фоне, равной 11.6 ± 3.6. Контраст-

ная чувствительность в диапазоне высоких про-

(от частного к общему), при адаптации к экстре-

странственных частот, так же как и в диапазоне

мальным условиям «сухой» иммерсии не изменя-

средних пространственных частот, в эксперимен-

ется.

те достоверно не изменялась. Фоновые значения

контрастной чувствительности в диапазоне высо-

Полученные данные согласуются с результата-

ких пространственных частот составили 4.6 ± 2.6,

ми исследований на модели профессионального

на третьи сутки «сухой» иммерсии - 5.0 ± 4.7, по-

выгорания (по сути, хронического стресса) и мо-

сле «выемки» - 5.5 ± 2.5.

дели шизофрении, которые также могут рассмат-

риваться как примеры состояний дезадаптации

Таким образом, достоверное повышение кон-

трастной чувствительности в диапазоне низких

(срыва адаптации в случае с шизофренией).

пространственных частот, к восприятию которых

Таким образом, оценка контрастной чувстви-

специфична магноцеллюлярная система, в усло-

тельности зрительной системы в динамике поз-

виях «сухой» иммерсии свидетельствует о повы-

шении активности этой системы при адаптации к

волила установить участие магноцеллюлярной

средовым воздействиям. Контрастная чувстви-

системы, обеспечивающей механизм глобально-

тельность в диапазоне высоких пространствен-

го анализа информации, в процессах адаптации.

БИОФИЗИКА том 65

№ 4

2020

802

ШОШИНА и др.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Предпринято исследование по оценке кон-

F. W. Campbell and J. G. Robson, J. Physiol. 197, 551

трастной чувствительности зрительной системы в

(1968).

динамике: до, во время воздействия условий «су-

В. Д. Глезер, В. А. Иванов и Т. А. Щербач, Физиол.

хой» иммерсии, используемой для моделирова-

журн. 59 (2), 206 (1973).

ния физиологических эффектов микрогравита-

D. H. Hubel and T. N. Wiesel, J. Physiol. 195, 215

ции, и после окончания ее воздействия на орга-

(1968).

низм человека. Контрастная чувствительность в

D. Hubel and T. Wiesel, J. Neurosci. 3, 1116 (1983).

разных диапазонах пространственных частот поз-

L. J. Croner and E. Kaplan, Vision Res. 35, 7 (1995).

воляет судить о функциональном состоянии маг-

но- и парвоцеллюлярной нейронных систем.

J. Kulikowski, in Seeing Contour and Colour, Ed. by

Магноцеллюлярная система более специфична к

J. Kulikowski, C. Dickinson, and I. Murray (Pergamon

низким пространственным частотам, парвоцел-

Press, Oxford, 1989).

люлярная система - высоким пространственным

D. Regan, Human Perception of Objects: Early Visual

частотам. Установлено изменение в ходе исследо-

Processing of Spatial Form Defined by Luminance, Color,

ваний контрастной чувствительности зрительной

Texture, Motion, and Binocular Disparity. (Sinauer,

системы в диапазоне низких пространственных

Sunderland, 2000).

частот, к которым специфична магноцеллюляр-

W. H. Merigan and J. H. R. Maunsell, Annu. Rev. Neu-

ная система. Таким образом, показана роль маг-

rosci. 16, 369 (1993).

ноцеллюлярной системы в процессах адаптации к

меняющимся условиям среды, что может служить

Я. Дж. Куликовский и Э. Робсон, Оптич. журн. 66

(9), 37 (1999).

маркером процессов адаптации/дезадаптации.

10.

S. De la Rosa, R. N. Choudhery, and A. Chatziastros,

Получены дополнительные свидетельства

J. Exp. Psychol. Hum. Percept. Perform. 37, 38 (2011).

важности согласованной работы магноцеллюляр-

ной и парвоцеллюлярной нейронных систем для

11.

D.J. Calderone, M.J. Hoptman, A. Martinez et al.,

адаптивного поведения.

Cereb. Cortex 23, 1849 (2013).

Результаты работы могут найти практическое

12.

M. Conci, T. Tollner, M. Leszczynski, and H. J. Mul-

применение в системе медицинского контроля

ler, Neuropsychologia 49, 2456 (2011).

лиц, работающих в экстремальных условиях, в

13.

J. F. De Souza, S. P. Dukelow, J. S. Gati, et al., J. Neu-

частности у космонавтов для оценки эффектив-

rosci. 20, 5835 (2000).

ности подготовки к полету, мониторинга состоя-

14.

A. Thiele, K. R. Dobkins, and T. D. Albright, Neuron

ния зрительной системы в условиях воздействия

32, 351 (2001).

неблагоприятных факторов, в частности невесо-

15.

S. Keґi, A. Antal, G. Szekeres, et al., J. Neuropsychia-

мости, а также позволят найти объяснения тем

try Clin. Neurosci. 14, 190 (2002).

эффектам, что наблюдаются в условиях таких

16.

P. D. Butler, S. M. Silverstein, and S. C. Dakin, Biol.

воздействий.

Psychiatry 64, 40 (2008).

17.

E. Kaplan and R. Shapley, Proc. Natl. Acad. Sci. USA

ФИНАНСИРОВАНИЕ РАБОТЫ

83, 2755 (1986).

Исследование выполнено при финансовой

18.

J. H. R. Maunsell, T. A. Nealey, and D. D. DePriest, J.

поддержке Российского фонда фундаментальных

Neurosci. 10, 3323 (1990).

исследований (грант № 19-013-00036).

19. J. J. Kulikowski, V. Walsh, and I. J. Murray, Limits of vi-

sion (Macmillan Press, Lond., 1991).

20. L. G. Ungerleider and M. Mishkin, In Analysis of visual

КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ

behavior, Ed. by D. J. Ingle, M. A. Goodale, and

Авторы заявляют об отсутствии конфликта

R. J. W. Mansfield (MIT Press, Cambridge, 1982),

интересов.

pp. 549-586.

21. И. И. Шошина и Ю. Е. Шелепин, Механизмы гло-

СОБЛЮДЕНИЕ ЭТИЧЕСКИХ СТАНДАРТОВ

бального и локального анализа зрительной информа-

ции при шизофрении (ВВМ, СПб., 2016).

Процедура исследований была предваритель-

22. I. Shoshina, Y. Shelepin, S. Konkina, et al., Neurosci.

но рассмотрена и одобрена Комиссией по биоме-

Behav. Physiol. 44 (2), 244 (2014).

дицинской этике Института медико-биологиче-

ских проблем РАН. Каждый испытатель в соот-

23. I. I. Shoshina and Yu. E. Shelepin, Neurosci. Behav.

Physiol. 45 (5), 512 (2015).

ветствии

положением Хельсинкской

декларации прав человека подписал информиро-

24. I. I. Shoshina, Y. E. Shelepin, E. A. Vershinina, and

ванное согласие на участие в исследовании.

K. O. Novikova, Human Physiol. 41 (3), 251 (2015).

БИОФИЗИКА том 65

№ 4

2020

КОНТРАСТНАЯ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ ЗРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ

803

25. B. P. Keane, D. Paterno, S. Kastner, and S. M. Silver-

30. С. Н. Шилов, И. А. Игнатова, Т. А. Муллер и др.,

stein, J. Abnormal Psychol. 125 (4), 543 (2016).

Фундаментальные исследования,

№ 1-6, 1275

26. S. M. Silverstein and R. Rosen, Schizophr. Res. Cog. 2

(2015).

(2), 46 (2015).

31. G. Cheron, A. Leroy, E. Palmero-Soler, et al., PLoS

27. Z. Wang, Z. Yu, Z. Pan, et al., Front. Psychol. 9, 850

One 9 (1), e82371 (2014).

(2018).

32. E. Tomilovskaya, T. Shigueva, D. Sayenko, et al.,

28. I. I. Shoshina, E. Zavyalova, and R. Sergienko, Int. J.

Front. Physiol. 10, 284 (2019).

Psychophysiol. 131, 93 (2018).

29. Ф. З. Меерсон, Адаптация к стрессовым ситуациям

33. Ю. Е. Шелепин, Л. Н. Колесникова и Ю. И. Лев-

и физическим нагрузкам (Медицина, М., 1988).

кович, Визоконтрастометрия (Наука, СПб., 1985).

Contrast Sensitivity of the Visual System in the “Dry” Immersion Conditions

I.I. Shoshina*^, **, I.S. Sosnina***, K.A. Zelenskiy***, V.Yu. Karpinskaya****,

V.A. Lyakhovetskii*, and S.V. Pronin*

*Pavlov Institute of Physiology, Russian Academy of Sciences, nab. Makarova 6, St-Petersburg, 199034 Russia

**Saint Petersburg State University, Galernaya ul. 58-60, St. Petersburg, 190121 Russia

***Institute of Biomedical Problems, Russian Academy of Sciences, Khoroshevskoe Shosse 76a, Moscow, 123007 Russia

****National Research University “Higher School of Economics”, ul. Soyuza Pechatnikov 16, St. Petersburg, 190121 Russia

We have studied the contrast sensitivity of the visual system in various ranges of the spatial frequencies in the

“dry” immersion conditions that simulate the physiological effects of microgravity. The contrast sensitivity

in the range of low and high spatial frequencies is indicative of the functional state of the magnocellular and

parvocellular neuronal pathways, which form dorsal and ventral information flow from occipital to frontal

lobe. 10 volunteers were recruited to participate in this study. They were exposed to “dry” immersion for

21 days. The contrast sensitivity of the visual system was recorded with a method of visocontrastometry. The

Gabor elements were used as stimuli. An increase in the contrast sensitivity was registered in the low spatial

frequency range with specific sensitivity of the magnocellular pathway to these frequencies on the third day

of immersion and one day after the end of the experiment, compared to background values. The contrast sen-

sitivity in the high spatial frequency range with specific sensitivity of the parvocellular pathway to these fre-

quencies in the experiment remained unchanged. Thus, our findings show that the magnocellular neuronal

pathway is involved in the processes of adaptation to the extreme ambient conditions.

Keywords: contrast sensitivity, neural networks, magnocellular system, parvocellular system, spatial-frequency fil-

tration, microgravity, immersion, adaptation

БИОФИЗИКА том 65

№ 4

2020