История отдела
экологической физиологии

В 1950 году академиком АМН СССР (РАМН) Дмитрием Андреевичем Бирюковым в Институте был создан Отдел сравнительной физиологии и патологии нервной деятельности. Академик Д.А. Бирюков вошёл в историю отечественной физиологической науки как создатель нового оригинального направления – экологической физиологии нервной деятельности. Будучи выдающимся исследователем вопросов эволюционной физиологии, он стал также одним из основоположников экологической физиологии человека.

Академик Д.А. Бирюков планировал включение в работы большого числа индикаторов, охватывающих деятельность не только высших отделов центральной нервной системы, но и нижележащих частей головного мозга. Подразумевалось, что с этой точки зрения наряду с условными большее внимание получат и разнообразные безусловные рефлексы. Предполагалось также расширение исследований по сравнительной физиологии и патологии интероцепции. Особое внимание уделялось разработке эволюции условного и безусловного возбуждения и торможения, равно как и эволюции функциональных взаимоотношений различных отделов центральной нервной системы в норме и при экспериментально вызванной органической патологии. Подчеркивалась необходимость развития в Отделе сравнительной физиологии и патологии морфологических, биохимических и эмбриофизиологических методов, онтогенетических исследований. Особо отмечалось, что экологическое направление, возникшее и разрабатывающееся в Отделе, в течение многих лет будет основным фундаментом для развития всех выдвинутых в программе проблем. Предусматривалась реализация результатов исследований в клинической практике, а также развитие комплексных работ в области нервных и гуморальных механизмов иммунитета.

В соответствии с намеченной программой исследований Д.А.Бирюков обращал внимание сотрудников на изучение формирующейся в ходе эволюции условно рефлекторной деятельности различной степени интеграции и роли экологических факторов среды обитания в этом процессе. Выяснялись закономерности работы спинного мозга и коры головного мозга у взрослых животных и в онтогенезе, изучалась деятельность регуляторных систем подкорковых образований в фило- и онтогенезе, исследовались некоторые закономерности формирования уровня деятельности высших отделов центральной нервной системы, в частности ее тонуса, а также особенности становления сложных форм поведения. Работы проводились с учетом экологической значимости применяемых раздражителей и их специального подбора, что позволяло судить о роли экологических факторов среды обитания в процессе формирования функций. Были предприняты систематические исследования нарушений функций мозга, вызванных как ионизирующим, так и неионизирующим облучением; изучалась роль подкорковых структур в регуляции различных защитных реакций; выяснялись нейрогуморальные механизмы регуляции гипофизарно-адреналовой системы и др.

Уже к началу 60-х отдел становится, по сути, научным центром по изучению проблем эволюционной и экологической физиологии. Сформулированный академиком Д.А. Бирюковым экологический подход к анализу физиологических функций до настоящего времени является методологической основой фундаментальных работ в области экологической физиологии в нашей стране и за рубежом. В Отделе выросла одна из крупных отечественных физиологических школ, давшая нашей стране более 30 докторов наук и оказавшая сильное влияние на развитие целого ряда научных направлений – экологии человека, экологической и эволюционной физиологии, иммунофизиологии, клеточной нейрофизиологии, нейроэкологии и нейрокибернетики.

В 1962 году в Отделе была организована первая в системе АМН и МЗ СССР лаборатория нейрокибернетики (руководитель – Д.Н. Меницкий), которая по замыслу Д.А.Бирюкова должна была изучать информационные аспекты взаимодействия организма и внешней среды, внедрять современные технологии в медико-биологические исследования. Основным направлением исследований лаборатории являлись изучение и моделирование механизмов переработки информации и процессов саморегуляции, внутрисистемных и межсистемных взаимоотношений, лежащих в основе индивидуальной адаптации и устойчивости человека к экстремальным условиям внешней среды и профессиональной деятельности в системе "человек-машина". Осуществлялась также разработка методов и средств, направленных на оптимизацию функциональных состояний и повышение качества деятельности человека-оператора в авиакосмических системах управления.

1966 г. были начаты комплексные медико-физиологические наблюдения в советских антарктических экспедициях. Интерес Д.А.Бирюкова к этой проблеме определил разработку многолетней перспективы и широкого плана работ, посвященных изучению механизмов влияния на организм человека экстремальных факторов. Отмечая, что на стыке экологии нервной деятельности и действия на организм экологически неблагоприятных воздействий возникает актуальная проблема экологии нервной деятельности человека, Д.А.Бирюков подчеркивал ее актуальность в связи с бурным развитием техники и проникновением человека в различные земные и космические сферы.
В 1970 году Отдел был реорганизован в Отдел экологической физиологии, который до 1996г. возглавлял член-корреспондент РАМН Николай Николаевич Василевский. С 1996 г. до 2000 г. Отделом руководил профессор доктор биологических наук Николай Борисович Суворов. За 30 лет была экспериментально доказана значимость влияния экологических факторов среды обитания на формирование физиологических функций. В итоге многолетних исследований была создана теоретическая и экспериментальная база для фундаментальных работ в области экологической физиологии человека.

Разработана теория риска для здоровья хронического воздействия физических, химических, биологических факторов малой интенсивности. Особое внимание уделялось изучению влияния наиболее распространенных слабых факторов или факторов малой интенсивности. Показано, что реакции на них во многом индивидуальны, а вероятность патологии определяется адаптационными возможностями человека. Часть работ была посвящена изучению центральной регуляции эндокринных функций на примере взаимоотношений центральной нервной и гипофиз-адреналовой системы.
Был внесен также существенный вклад в разработку теории биологических механизмов действия электромагнитных полей микроволнового и радиочастотного диапазонов. Экспериментальные доказательства получил факт зависимости биоэффектов облучения от индивидуально-типологических свойств животных. Сравнительно-физиологические исследования показали, что чувствительность мозга животных различных видов к неионизирующей радиации также неодинакова. Индивидуальные эколого-физиологические особенности животных особенно четко проявлялись при действии электромагнитных колебаний сверхвысокочастотного и светового диапазона, определяющих, в частности, циркадную организацию поведения дневных и ночных животных.

Тогда же были выдвинуты идеи индивидуальной радиочувствительности человека и обоснована концепция беспороговости действия экологических факторов. Наличие кумулятивных процессов при хронических подпороговых экспозициях, систематическое выявление ранее неизвестных сторон действия ксенобиотиков позволяют утверждать, что предельно допустимый уровень воздействия – динамичное понятие, и при отсутствии периодической коррекции не может быть гарантом благополучия человека и окружающей среды. Было показано, что устойчивость организма к экологически значимым факторам связана с адаптивной пластичностью нервной системы и с ее биоритмологическими характеристиками.
Большое значение для будущего развития технологий БОС имели данные об отчетливой взаимосвязи сердечного ритма и сенсомоторного ритма, полученные благодаря использованию биологически положительного (пищевого) подкрепления спонтанно возникающих и в начале редких волн сенсомоторного (альфа-подобного) ритма коры головного мозга кошек. Именно в те годы были сформулированы основные теоретические предпосылки и положения для последующих исследований в области адаптивной саморегуляции функций человека в биотехнических системах, начало формироваться новое научное направления – биологическая обратная связь. Развитие идей Н.Н. Василевского о знакопеременном биоуправлении, адаптивном биоуправлении, биоуправлении с обратной связью (БОС) привело к созданию интеллектуального комплекса "Кардиотренинг", предназначенного для тренировки сердечного ритма и оценки адаптационных возможностей сердечно-сосудистой системы.

Значительная часть исследований была посвящена изучению механизмов адаптивной пластичности нервных и вегетативных процессов, восприятия экологически адекватных сигналов, организации адаптационных процессов при одновременном действии комплекса экстремальных факторов. Эти исследования являлись частью ведущего направления института – проблемы памяти и ее роли в механизмах нормальных и патологических реакций. Совокупность материалов, освещающих нейродинамические механизмы адаптивного регулирования восприятия адекватных сигналов и реализацию условных реакций, позволила развить представления о ведущей роли композиционных (компонентно-комбинаторных) процессов в управлении памятью и адаптацией. Разработки этих направлений на долгие годы определили тематику прикладных исследований Отдела в интересах инженерной психологии и эргономики.
В те же годы была выдвинута гипотеза о непрерывном развитии дискретных матриц ассоциативного отображения сенсорной и извлекаемой из памяти информации. В нейроонтогенетических исследованиях разрабатывались две основные проблемы: морфофункциональное созревание центральной нервной системы и формирование регуляторных механизмов. Принципиально важным был вопрос о возможности образования временных связей в эмбриогенезе. Морфологические параллели показали, что временная связь возникает на стадии перехода нейробластов в нейрон с дифференцированной нисслевской субстанцией. Изучено значение адрено- и холинореактивных систем мозга в формировании его тонической активности в эмбриональном периоде, показаны особенности развития механизмов рефлекторного управления сердечной деятельностью. установлено, что сердечная регуляция находится в зависимости от экологической специализации объекта в постэмбриональной жизни.

Достижения и разработки Отдела внедряются в клиническую практику. Впервые управляемые системы сигнализации и направленной модуляции функций используются при детском церебральном параличе, в спортивной физиологии в качестве терапевтических приемов, направленных на коррекцию двигательных навыков, повышение контроля движений и тренировки наиболее оптимальных их форм. Было разработано несколько вариантов автономных "корректоров движения", обоснованы методики и показания применения их в клинике, в реабилитационных центрах, в амбулаторных и домашних условиях. Получены также клинические доказательства улучшения результатов комплексной терапии при применении технологий адаптивного биоуправления у больных с кардио-сосудистыми заболеваниями, с бронхиальной астмой.
Результаты изучения механизмов процесса принятия решений человеком в системе управления с вероятностным выбором в норме и при экстремальных нагрузках легли в основу разработки модификаций оценки функционального состояния человека-оператора и обоснованы практические рекомендации по прогнозированию и повышени ю эффективности его деятельности. Разработаны и внедрены в практику лабораторных и клинических исследований различные модификации биоуправляемого нейрофизиологического эксперимента, а также испытательно-диагностический стенд "Оператор", в основу которого положен метод аппаратурного аутотренинга, реализованного в интерактивном диалоговом режиме "человек-машина".

С 2000 года Отдел экологической физиологии возглавляет заслуженный деятель науки РФ академик РАМН Генрих Александрович Софронов. Под его руководством продолжены традиционные для отдела работы. Итогом развития идей и разработок предыдущих десятилетий стало внедрение использования усовершенствованного комплекса «Кардиотренинг-2» в период реабилитации больных инфарктом миокарда в домашних условиях. Внедрение данной методики позволяет своевременно корректировать терапию, расширяет возможности психофизиологической реабилитации, что приводит к снижению фармакологической нагрузки и риска развития осложнений.
Продолжается поиск новых дифференциальных и прогностических показателей при обследовании электрофизиологическими методами больных кардиологического и неврологического профилей. Установленные дифференциально-диагностические критерии применимы при скрининговых обследованиях населения для выявления групп риска по нейрососудистой дисциркуляторной патологии.
Кроме традиционных факторов, в течение последних 10 лет активно изучалась физиологическая роль на уровне индивидуума и популяции таких факторов, как загрязнение окружающей среды антропогенными поллютантами химической природы, воздействие космической погоды, биотоксикантов фармакологической  и биологической природы .