Известия высших учебных заведений

Прикладная нелинейная динамика

ISSN 0869-6632 (Print)
ISSN 2542-1905 (Online)

Для цитирования:

Ольшанский В. М., Зленко Д. В., Орлов А. А., Касумян А. О., Моллер П., МакМагон E., Сюэ В. Особенности многоэлектродной регистрации эпизодических разрядов слабоэлектрических рыб // Известия вузов. ПНД. 2022. Т. 30, вып. 2. С. 239-252. DOI: 10.18500/0869-6632-2022-30-2-239-252

Статья опубликована на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0).
Полный текст в формате PDF(Ru):
Иконка PDF 8-olshansky_239-152.pdf
(загрузок: 582)
Полный текст в формате PDF(En):
Иконка PDF olshansky_en.pdf
(загрузок: 1142)
Язык публикации: 
русский
Рубрика: 
Нелинейная динамика и нейронаука
Тип статьи: 
Научная статья
УДК: 
530.182
DOI: 
10.18500/0869-6632-2022-30-2-239-252

Особенности многоэлектродной регистрации эпизодических разрядов слабоэлектрических рыб

Авторы: 
Ольшанский Владимир Менделевич, Институт проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова Российской академии наук
Зленко Дмитрий Владимирович, Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова (МГУ)
Орлов Андрей Александрович, Институт проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова Российской академии наук
Касумян Александр Ованесович, Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова (МГУ)
Моллер Питер, Хантерский колледж
МакМагон Eоин, ООО «Биосфера Энвайронментал»
Сюэ Вэй, Харбинский инженерный университет
Аннотация: 

Цель данной работы заключалась в разработке многоэлектродной матричной регистрации для построения образов электрических полей эпизодических разрядов слабоэлектрических рыб. Методы. Описаны особенности многоэлектродной регистрации для исследований электрических рыб: конструкция электродной решётки, схемы усилителей, организация общих точек для дифференциальных измерений и восстановление абсолютных значений потенциалов, применение метода главных компонент. Результаты. Методика иллюстрируется примером регистрации электрических разрядов у клариевого сома Clarias gariepinus с помощью решётки 8 x 8 электродов при частоте оцифровки 20 кГц. Приводятся осциллограммы разрядов и картины их пространственного распределения для главных компонент. Показаны преимущества разработанной технологии многоэлектродной матричной регистрации по отношению к традиционной двухэлектродной регистрации эпизодических разрядов электрических рыб: заметное улучшение соотношения сигнал/шум при регистрации слабых электрических сигналов; возможность построения картин поля для единичных электрических событий; разделение источников электрических полей и возможность идентификации их источников; возможность бесконтактной локализации расположения электрогенерирующих структур; получение количественных данных распределений электрических потенциалов для всех точек дна аквариума.

Ключевые слова: 
многоэлектродная матричная регистрация
образы электрического поля
слабоэлектрические рыбы
электрические разряды
Clarias gariepinus
Благодарности: 
Авторы выражают благодарность С. В. Скородумову и Д. Э. Эльяшеву за помощь в разработках аппаратуры и программного обеспечения.
Список источников: 
  1. Finger S., Piccolino M. The Shocking History of Electric Fishes: From Ancient Epochs to the Birth of Modern Neurophysiology. Oxford: Oxford University Press, 2011. 470 p. DOI: 10.1093/acprof:oso/9780195366723.001.0001.
  2. Cavendish H. An account of some attempts to imitate the effects of the torpedo by electricity // Phil. Trans. R. Soc. 1776. Vol. 66. P. 196–225. DOI: 10.1098/rstl.1776.0013.
  3. Lissmann H. W. Continuous electrical signals from the tail of a fish, Gymnarchus niloticus Cuv. // Nature. 1951. Vol. 167, no. 4240. P. 201–202. DOI: 10.1038/167201a0.
  4. Lissmann H. W. On the function and evolution of electric organs in fish // J. Exp. Biol. 1958. Vol. 35, no. 1. P. 156–191. DOI: 10.1242/jeb.35.1.156.
  5. Bennett M. V. L. Electric organs // In: Hoar W. S., Randall D. J. (eds) Fish Physiology. Vol. 5. New York: Academic Press, 1971. P. 347–491.
  6. Bennett M. V. L. Electroreception // In: Hoar W. S., Randall D. J. (eds) Fish Physiology. Vol. 5. New York: Academic Press, 1971. P. 493–574.
  7. Henninger J., Krahe R., Sinz F., Benda J. Tracking activity patterns of a multispecies community of gymnotiform weakly electric fish in their neotropical habitat without tagging // J. Exp. Biol. 2020. Vol. 223, no. 3. P. jeb206342. DOI: 10.1242/jeb.206342.
  8. Rasnow B. Measuring and visualizing EOD fields // In: Ladich F., Collin S. P., Moller P., Kapoor B. G. (eds) Communication in Fishes. Enfield, USA: Science Publishers Inc., 2006. P. 599–622.
  9. Rasnow B., Bower J. M. Imaging with electricity: How weakly electric fish might perceive objects // In: Bower J. M. (ed) Computational Neuroscience: Trends in Research. New York: Plenum, 1997. P. 795–800. 
  10. Assad C., Rasnow B., Stoddard P. K. Electric organ discharges and electric images during electrolocation // J. Exp. Biol. 1999. Vol. 202, no. 10. P. 1185–1193.
  11. Hagedorn M., Womble M., Finger T. E. Synodontid catfish: A new group of weakly electric fish // Brain Behav. Evol. 1990. Vol. 35, no. 5. P. 268–277. DOI: 10.1159/000115873.
  12. Baron V. D., Morshnev K. S., Olshansky V. M., Orlov A. A. Electric organ discharges of two species of African catfish (Synodontis) during social behavior // Animal Behaviour. 1994. Vol. 48, no. 6. P. 1472–1475. DOI: 10.1006/anbe.1994.1387.
  13. Baron V. D., Orlov A. A., Golubtsov A. S. African Clarias catfish elicits long-lasting weak electric pulses // Experientia. 1994. Vol. 50, no. 7. P. 664–647. DOI: 10.1007/BF01952864.
  14. Metting van Rijn A. C., Peper A., Grimbergen C. A. High-quality recording of bioelectric events. Part 2. Low-noise, low-power multichannel amplifier design // Med. Biol. Eng. Comput. 1991. Vol. 29, no. 4. P. 433–440. DOI: 10.1007/BF02441666.
  15. Catania K. C. An optimized biological taser: Electric eels remotely induce or arrest movement in nearby prey // Brain Behav. Evol. 2015. Vol. 86, no. 1. P. 38–47. DOI: 10.1159/000435945.
  16. Грищенко А. А., Сысоева М. В., Сысоев И. В. Определение основного временного масштаба эволюции информационных свойств сигнала локальных потенциалов мозга при абсансной эпилепсии // Известия вузов. ПНД. Т. 28, № 1. С. 98–110. DOI: 10.18500/0869-6632-2020-28-1-98-110.
  17. Орлов А. А., Ольшанский В. М., Барон В. Д. Реконструкция паттернов электрических разрядов и механизмы электрогенерации у африканского клариевого сома Clarias gariepinus (Clariidae, Siluriformes) // Доклады Российской академии наук. Науки о жизни. 2021. Т. 500, № 1. С. 428–431. DOI: 10.31857/S2686738921050243.
  18. Ольшанский В. М. Бионическое моделирование электросистем слабоэлектрических рыб. М.: Наука, 1990. 208 с.
  19. Makeig S., Onton J. ERP features and EEG dynamics: An ICA perspective // In: Luck S. J., Kappenman E. S. (eds) The Oxford Handbook of Event-Related Potential Components. New York: Oxford University Press, 2011. P. 51–86. DOI: 10.1093/oxfordhb/9780195374148.013.0035.
  20. Ольшанский В. М., Моршнев К. С., Насека А. М., Нгуен Тхи Нга. Электрические разряды клариевых сомов, культивируемых в Южном Вьетнаме // Вопросы ихтиологии. 2002. Т. 42, № 4. С. 549–557.
  21. Olshanskiy V. M., Kasumyan A. O., Moller P. On mating and function of associated electric pulses in Clarias macrocephalus (Gunther, 1864): Probing an old puzzle, first posed by Charles Darwin // Environmental Biology of Fishes. 2020. Vol. 103, no. 1. P. 99–114. DOI: 10.1007/s10641-019-00936-w.
  22. Ольшанский В. М., Зленко Д. В. Формирование образов электрического поля и попытка преодолеть внутривидовой барьер // В сб.: Труды Седьмой Всероссийской конференции «Нелинейная динамика в когнитивных исследованиях». 20–24 сентября 2021 года, Нижний Новгород, Россия. Нижний Новгород: Институт прикладной физики РАН, 2021. С. 90–93.
Поступила в редакцию: 
09.11.2021
Принята к публикации: 
23.11.2021
Опубликована: 
31.03.2022
  • 2467 просмотров