Кіріспе

Солтүстік Ирландиялық ғалым Дж. А. Скотт Келсо (1947 жылы Солтүстік Ирландияның Дерри қаласында туған) – американдық нейробиолог, күрделі жүйелер және ми ғылымдарының профессоры, Флорида Атлантик университетінің (ФАУ) (Флорида штаты, Бока-Ратон қаласы) және Солтүстік Ирландияның Дерри қаласындағы Ольстер университетінің (Маги кампусы) психология, биологиялық ғылымдар және биомедицина ғылымдарының профессоры. Келсо координация динамикасы, координация ғылымы және ерікті қозғалыстардың негізгі механизмдері мен олардың адам миының кең ауқымды координация динамикасына қатысы туралы зерттеулер жүргізді. Оның 1970 жылдардың соңы мен 1980 жылдардың басындағы эксперименталды зерттеулері HKB моделіне (Haken–Kelso–Bunz) әкелді – бұл математикалық формула компоненттер арасындағы сызықтық емес өзара әрекеттесулер нәтижесінде координацияланған мінез-құлықтың элементарлық формаларының қалай пайда болатынын және бейімделіп өзгеретінін сандық тұрғыдан сипаттап, болжайды.

Өмірбаян

Келсо Солтүстік Ирландияның Дерри қаласында дүниеге келген. Ол 1958–1965 жылдары Фойл колледжінде оқыды, 1965–1969 жылдары Белфаст қаласындағы Странмиллис университетінде және 1971–1972 жылдары Альберта штатындағы Калгари университетінде бакалавр бітірді. 1975 жылы Висконсин университетінен докторлық диссертациясын қорғады. 1976–1978 жылдары Келсо Айова университетіндегі Моторлық мінез-құлық зертханасының ассистенті және директоры болды. 1978–1985 жылдары Нью-Хейвендегі Йель университетінің Хаскинс зертханасында аға ғылыми қызметкер және Коннектикут университетінде психология және биобихевиористік ғылымдар (мінез-құлық генетикасы бөлімі) профессоры қызметін атқарды. 1985 жылы Флорида Атлантик университетінде Күрделі жүйелер және ми ғылымдары орталығын құрды. Бұл орталықта неврологтар, қолданбалы математиктер, физиктер, психологтар және компьютерлік ғалымдар бір физикалық ғимаратта орналасып, молекулалардан санаға дейінгі күрделі биологиялық жүйелердің ортақ мәселелері бойынша бірлесіп жұмыс істейді. Келсо Орталықтың Адам миы мен мінез-құлқы зертханасындағы зерттеушілер тобын басқарады. 1985 жылдан бері Флорида Атлантик университетінде Гленвуд және Марта Крик атындағы көрнекті ғалымдық қызметін атқарып, психология, биологиялық ғылымдар және биомедициналық ғылымдар бойынша профессор болып жұмыс істейді. Келсо 1987–2005 жылдары Флорида Атлантик университетіндегі NIMH-тың Күрделі жүйелер және ми ғылымдары бойынша ұлттық оқу бағдарламасының директоры болды. ФАУ әкімшілігімен және Мемлекеттік университет жүйесінің кеңсесімен бірлесіп, Келсо Орталықта Күрделі жүйелер және ми ғылымдары бойынша PhD дәрежесін ашуға көмектесті. 1995 жылы Келсо Санта-Фе институтында Күрделі жүйелер бойынша жазғы мектептің тең төрағасы болды. Ол 1995–1999 жылдары Sigma Xi ғылыми қоғамының Оңтүстік Флорида бөлімшесінің президенті болып сайланды. Ол Plexus институтының ғылыми кеңесінің, Эйнштейн институттарының әлемдік кеңесінің және Ольстер университетінің Маги кампусындағы Интеллектуалды жүйелер зерттеу орталығының кеңесші кеңесінің мүшесі. Келсо Франция, Германия, Ресей және (қазіргі уақытта) Ирландияда қонақ профессор болып жұмыс істеді. Ол АҚШ-та және шетелде көптеген лекциялар оқыды. Ол ғылыми зерттеулері үшін көптеген наградалар мен сыйлықтар алды. 2007 жылы Пьер де Ферма сыйлығының лауреаты атанды. 2017 жылы Корольдік Ирланд академиясының толық мүшесі болып қабылданды.

Жұмыс

Келсоның зерттеуінің мақсаты – адамның (және оның миының) қалай мінез-құлықты үйлестіретінін түсіну. Келсо және оның зерттеу тобы қазіргі уақытта инвазивті емес нейросуреттеу техникаларын (ЭЭГ, МЭГ, фМРТ, ПЭТ және т.б.) және статистикалық құралдарды қолдана отырып, нақты уақыт мінез-құлығы кезінде мидың құрылымы мен функциясы туралы ақпарат жинап жатыр. Соңғы 30 жылға жуық уақыттан бері ол әлемнің әртүрлі елдеріндегі зертханалардағы әріптестерімен бірге координациялық динамика деп аталатын пәнаралық ғылымға қатысып келеді. Координациялық динамика – үйлестіру үлгілерінің қалай қалыптасатынын, сақталынатынын, бейімделіп, өзгеретінін түсіндіруге тырысатын эмпирикалық және тұжырымдық аясты құрайды. Координациялық динамиканың түсініктері әртүрлі жүйелердегі мінез-құлықты әртүрлі талдау деңгейлерінде болжау үшін қолданылған. Координациялық динамика синергетика және динамикалық жүйелердің математикалық құралдары тұжырымдарына негізделген (сызықтық емес динамикалық жүйелер теориясы мен синергетиканы қараңыз). Бірақ координациялық динамика адамның танымдық, нейрофизиологиялық және әлеуметтік функцияларының нақты қасиеттерін модельдеуге ұмтылады, мысалы, күту, ниет, назар, шешім қабылдау және оқу. Координациялық динамиканың негізгі қағидасы – мидағы нейрондардың үйлестірілуі және адамдар мен жануарлардың үйлестірілген әрекеттері ортақ математикалық немесе динамикалық құрылымды бөлісу арқылы байланысты. Келсо нейроғылымдағы метатұрақсыздық мәселесімен айналысқан. Бұл тұжырымдама теориялық және есептеу нейроғылымдарында үлкен қызығушылық тудырып отыр, себебі ол мидың жеке бөліктері бір жағынан маманданған және бөлінген болса, екінші жағынан біртұтас жүйе ретінде жұмыс істей алатындығы туралы идеяға математикалық тұрғыдан нақты түсінік береді.

Алғашқы жұмыстар

Келсоның алғашқы жұмыстары адамның мүшелерінен сезімдік сигналды тоқтату үшін нервтік блокада техникаларын қолданды. Оның тәжірибелері адамның мүшелерінің орналасуын саналы түрде білмесе де, кеңістікте қалаған жерге дәл қозғала алатынын көрсетті. Полит пен Биззидің MIT-де маймылдармен жүргізген жұмыстарымен қатар, Келсоның зерттеулері Анатоль Фельдман бастапқыда ұсынған моторлық бақылаудың тепе-теңдік нүктесі теориясын қалыптастыруға көмектесті. Содан кейін, студенттері Дэвид Гудман мен Дэн Саутардпен бірге жұмыс істеп, компьютерлік талдаудың кеңінен қолданылуына дейін бұрын, импульстік жарықдиодтық техниканы қолдана отырып, мидың жоғарғы аяқ-қолдардың күрделі, үйлесімді қозғалыстарын функционалдық синергияларды пайдалану арқылы басқаратынын көрсетті – бұл идеяны алғаш рет орыс физиологы және кибернетик ғалымы Николай Бернштейн ұсынған. Хаскинс зертханасындағы жаңаша бұзылыс әдістерін, кинематикалық және бұлшық ішіндегі жазбаларды қолдана отырып жүргізілген қосымша жұмыстар күрделі сөйлеу қимылдарының басқарылуы мен үйлестірілуі де функционалдық синергияларға немесе координациялық құрылымдарға негізделгенін анықтады. Моторлық жүйелерде синергиялар қалай қалыптасатыны туралы сұраққа Келсо Шерингтондық нейрофизиологиядан өзін-өзі ұйымдастыру теорияларына, әсіресе Германн Хакен құрған, жаңа ғылым саласы – синергетикаға көшті. Сол кезде, қозғалысқа келгенде басым түсінік – мінез-құлықтың «орталық бағдарламамен» анықталады, яғни биомеханикалық компоненттердің жиынтысының қалай әрекет ету керектігін анықтайтын алдын ала дайындалған нұсқаулар жиынтығы. Керісінше, Келсо тәжірибе жүзінде мінез-құлықтың көптеген байланысты элементтер арасындағы күшті сызықтық емес өзара әрекеттесудің нәтижесінде өзін-өзі ұйымдастыру арқылы пайда болатынын көрсетті. Оның тәжірибелері алғаш рет фазалық өтулердің болуын көрсетті – параметр үздіксіз өзгеріп отырғанда, бір үйлесімді күйден екіншісіне кенеттен және спонтанды түрде ауысу. Фазалық өтулер – табиғаттағы өзін-өзі ұйымдастырудың негізгі механизмі және Келсоның көп рет қайталанған тәжірибелері адамның үйлесімді қозғалыстарында оларды алғаш рет көрсетті.

HKB үлгісі

Келсо және оның әріптестері кейіннен күрделі, көп дәрежелі еркіндік жүйелеріндегі үйлестірілген моторлық мінез-құлықтың көптеген күрделіліктері салыстырмалы түрде қарапайым, бірақ сызықтық емес математикалық заңдардан туындатынын көрсетті. Осы жұмыстың шолуы үшін Kelso et al. (1987) және Schöner мен Kelso (1988) еңбектерін қараңыз. Әсіресе, Келсо лазер теориясы мен синергетиканың негізін қалаушы, көрнекті теориялық физик Герман Хакенмен бірлесіп математикалық модельді жасады. Бұл "HKB моделі" Келсоның эксперименттерінде байқалған үйлестірудің негізгі формаларын, жеке үйлестіру элементтері арасындағы сызықтық емес байланыстар жүйесін қолдана отырып, шығара алды. HKB моделі "критикалық баяулау" және үйлестірудегі тұрақсыздық пен күрт өзгерістермен байланысты "күшейтілген тербелістер" сияқты тәжірибелік байқауларды түсіндіріп, болжады. HKB-нің кейінгі кеңейтімдері шудың әсерін, симметрияның бұзылуын, көптеген өзара әрекеттесетін әртүрлі компоненттерді, қосымша жою процестерін, параметрлік тұрақтандыруды және үйлестірудегі ортаның өзгеруінің рөлін қамтыды.

Миды бейнелеу жұмыстары

Кейін Келсо мен оның әріптестері қолдан миға көшіп, мидың нейромагнитологиялық белсенділігін тіркеу үшін SQUID магнитометрлерінің үлкен массивтерін және ми аймақтарындағы BOLD (Қандағы оттегі деңгейіне тәуелді) белсенділігін тіркеу үшін функционалдық магниттік-резонанстық бейнелеуді пайдаланды. Бұл жұмыс қолдардың үйлесімді қозғалысында байқалатын математикалық формалардың (мысалы, фазалық өтулер) ми қызметінің суреттерінде де байқалатынын көрсетті. Келсо айтқандай, "ми қызметі мен адамның мінез-құлқының координациялық динамикасы бірдей". Мысалы, адам миының белсенділігін жазу және талдау негізінде Виктор Джирса мен Армин Фукс, Келсомен бірге, мінез-құлық деңгейіндегі координацияның HKB теңдеулерін негізгі нейрондық субстраттың анатомиялық және физиологиялық моделінен шығара алды.

Қазіргі зерттеулер

Келсоның қазіргі жұмысы үйлестіру динамикасының бірдей принциптері мен механизмдері әлеуметтік ортада бірлесіп жұмыс істейтін адам миларына да қолданылатынын зерттеуге бағытталған. Электроэнцефалография (ЭЭГ) саласында қолжетімді үлкен электродтар жиынтығын пайдалана отырып, ол және оның әріптестері үйлесімді қол қозғалыстарын орындағанда екі адамның миын бейнелеп отыр. Таңқаларлық жайт, Келсоның командасы адамдардың бірлесіп немесе дербес әрекет етуін көрсететін мидағы белгілерді анықтады. Зерттеудің тағы бір саласында Келсо және оның әріптестері адам мен машина арасындағы нақты уақыт өзара әрекеттесуін түсінудің жаңа тәсілін жасады, оны Виртуалды серіктеспен өзара әрекеттесу (VPI) деп атады. VPI-де адамдар, адам координациясының негізгі формаларын басқаратын HKB теңдеулерінің компьютерлік нұсқасымен басқарылатын виртуалды серіктеспен үйлестіреді. VPI – адам-машина өзара әрекеттесуіне қатысты принциптік тәсіл және адамдардың адамға ұқсас машиналармен қалай өзара әрекеттесетінін түсінудің жаңа мүмкіндіктерін ашады.

Жарияланымдар

Скотт Келсо көптеген мақалалар мен кітаптар жариялады. Іріктелгендер:
1973 ж. Мінез-құлық және неврологиялық параметрлерді анықтаушы ретіндегі нервтік қысым блокадасы.
1982 ж. Адамның моторлық мінез-құлқы: кіріспе. 1982 ж. Джен Э. Кларкпен бірлескен қозғалысты басқару және үйлестірудің дамуы. 1995 ж. Динамикалық үлгілер: ми мен мінез-құлықтың өзін-өзі ұйымдастыруы.
2004 ж. Үйлестіру динамикасы: мәселелер мен тенденциялар, Виктор К. Жирсамен бірге.
2006 ж. Дәуіт А. Энгстрёммен бірлескен "Қосымшалық сипат".