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):
(загрузок: 524)
Полный текст в формате PDF(En):
(загрузок: 509)
Язык публикации: 
русский
Тип статьи: 
Научная статья
УДК: 
530.182

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, Biosphere Environmental Ltd
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.

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