Келсо, Дж. А. Скотт

Материал из Циклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Келсо, Дж. А. Скотт












Дж. А. Скотт Келсо (англ. J. A. Scott Kelso; [Нет даты!]) — американский нейробиолог, профессор сложных систем и наук о мозге, профессор психологии, биологических и биомедицинских наук во Флоридском атлантическом университете (FAU) в Бока-Ратоне (Флорида) и Ольстерском университете (кампус Маги) в Дерри (Северная Ирландия). Известен исследованиями в области координационной динамики и фундаментальных механизмов произвольных движений, а также их связи с крупномасштабной координационной динамикой человеческого мозга.

Биография[править]

Келсо родился в городе Дерри (Северная Ирландия). Учился в Фойл-колледже (1958—1965). Получил степень бакалавра в Университетском колледже Странмиллис в Белфасте (1965—1969) и Университете Калгари в Альберте (1971—1972). В 1975 году получил степень доктора философии в Висконсинском университете в Мадисоне.

С 1976 по 1978 год Келсо был доцентом и директором Лаборатории моторного поведения в Айовском университете. С 1978 по 1985 год работал старшим научным сотрудником в Лабораториях Хаскинса Йельского университета в Нью-Хейвене (Коннектикут) и профессором психологии и биоповеденческих наук (отдел поведенческой генетики) в Коннектикутском университете.

В 1985 году основал Центр сложных систем и наук о мозге во Флоридском атлантическом университете. Это междисциплинарный исследовательский центр, объединяющий нейробиологов, прикладных математиков, физиков, психологов и специалистов по информатике. Они работают над общими проблемами сложных биологических систем, от молекул до разума. Келсо руководит группой исследователей в Лаборатории человеческого мозга и поведения Центра[1].

С 1985 года Келсо занимает должность выдающегося учёного Гленвуда и Марты Крич в области науки во Флоридском атлантическом университете, где он также является профессором психологии, биологических и биомедицинских наук. С 1987 по 2005 год Келсо был директором Национальной программы обучения NIMH по сложным системам и наукам о мозге во Флоридском атлантическом университете. Совместно с администрацией FAU и офисом канцлера системы государственных университетов Келсо помог создать в Центре программу получения степени доктора философии по сложным системам и наукам о мозге.

В 1995 году Келсо был содиректором Летней школы по сложным системам в Институте Санта-Фе. С 1995 по 1999 год занимал пост президента отделения Южной Флориды Общества научных исследований Sigma Xi. Является членом Научного совета Института Плексуса, Всемирного совета Институтов Эйнштейна и Консультативного совета Исследовательского центра интеллектуальных систем в кампусе Маги Ольстерского университета.

Келсо был приглашённым профессором во Франции, Германии, России и Ирландии. Он также читал лекции в США и за рубежом. За свои научные исследования получил множество наград. В 2007 году стал лауреатом премии Пьера де Ферма[2]. В 2017 году был принят в члены Ирландской королевской академии.

Работа[править]

Цель исследований Келсо — понять, как люди (и человеческий мозг — по отдельности и вместе) координируют поведение. Келсо и его исследовательская группа используют неинвазивные методы нейровизуализации (ЭЭГ, МЭГ, фМРТ, ПЭТ и др.) и статистические инструменты для сбора информации о структуре и функции мозга во время поведения в реальном времени.

На протяжении более 30 лет вместе с коллегами из лабораторий по всему миру он участвовал в развитии междисциплинарной науки, называемой координационной динамикой. Координационная динамика — это эмпирическая и концептуальная основа, которая пытается объяснить, как формируются, сохраняются, адаптируются и изменяются паттерны координации. Идеи координационной динамики применялись для прогнозирования поведения в различных системах на разных уровнях анализа.

Координационная динамика основана на концепциях синергетики и математических инструментах динамических систем. Но координационная динамика стремится моделировать специфические свойства человеческого познания, нейрофизиологии и социальных функций — такие как предвосхищение, намерение, внимание, принятие решений и обучение. Основное утверждение координационной динамики заключается в том, что координация нейронов в мозге и скоординированные действия людей и животных связаны благодаря общей математической или динамической структуре.

Келсо работал над метастабильностью в нейробиологии. Эта концепция вызывает растущий интерес среди теоретических и вычислительных нейробиологов, поскольку она обеспечивает математическую формализацию идеи о том, что отдельные части мозга могут быть специализированными и изолированными, но при этом функционировать как единое целое[3].

Ранние работы[править]

В ранних работах Келсо использовал методы блокады нервов для отключения сенсорного ввода от конечностей у людей[4]. Его эксперименты показали, что даже без сознательного восприятия положения конечностей люди могут точно перемещать их в нужные точки пространства. Наряду с работой, проведённой Политом и Биззи на обезьянах в Массачусетском технологическом институте[5], исследования Келсо помогли обосновать теорию точки равновесия моторного контроля, первоначально предложенную Анатолием Фельдманом[6]. Затем, работая со своими студентами Дэвидом Гудманом и Дэном Саутардом, он продемонстрировал — используя метод импульсных светодиодов задолго до эпохи сложного компьютерного анализа движений — что мозг управляет сложными скоординированными движениями верхних конечностей, используя функциональные синергии. Эта идея была первоначально выдвинута русским физиологом и кибернетиком Николаем Бернштейном[7]. Дальнейшая работа в Лабораториях Хаскинса с использованием комбинации новых методов возмущения, кинематических и внутримышечных записей показала, что контроль и координация сложных речевых жестов также основаны на функциональных синергиях или координационных структурах[8]. Задаваясь вопросом, как синергии могут формироваться в моторных системах, Келсо обратился от шеррингтоновской нейрофизиологии к теориям самоорганизации, в частности к зарождающейся междисциплинарной области синергетики, основанной Германом Хакеном[9]. В то время доминирующим пониманием одушевлённого движения было то, что поведение определяется «центральной программой», заранее заданным набором инструкций, предписывающих, как должен вести себя набор биомеханических компонентов. В отличие от этого, Келсо экспериментально показал, что поведение также может возникать самоорганизующимся образом в результате сильно нелинейных взаимодействий между множеством взаимосвязанных элементов. Его эксперименты первыми продемонстрировали существование фазовых переходов — внезапных и спонтанных сдвигов от одного скоординированного состояния к другому при непрерывном изменении параметра. Фазовые переходы являются основным механизмом самоорганизации в природе, и эксперименты Келсо, которые многократно воспроизводились, первыми показали их в скоординированных движениях людей[10].

Модель HKB[править]

Экспериментальные исследования Келсо в конце 1970-х и начале 1980-х годов привели к созданию модели HKB (Хакен — Келсо — Бунц)[11]. Это математическая формулировка, которая количественно описывает и предсказывает, как элементарные формы скоординированного поведения возникают и адаптивно изменяются в результате нелинейных взаимодействий между компонентами. Келсо и его коллеги позже продемонстрировали, что многие сложности скоординированного моторного поведения в сложных системах с множеством степеней свободы могут быть выведены из относительно простых, но нелинейных математических законов[12]. В частности, Келсо разработал математическую модель в сотрудничестве с физиком-теоретиком Германом Хакеном, создателем теории лазеров и синергетики. Эта «модель HKB» смогла вывести основные формы координации, наблюдаемые в экспериментах Келсо, используя систему нелинейных отношений между отдельными координирующими элементами[13]. Модель HKB объяснила и предсказала экспериментальные наблюдения, такие как «критическое замедление» и «усиленные флуктуации», связанные с нестабильностью и резкими изменениями в координации. Более поздние расширения HKB учитывали эффекты шума, нарушенной симметрии, множественных взаимодействующих гетерогенных компонентов, процессов рекрутирования-аннигиляции, параметрической стабилизации и роли изменяющейся среды в координации[14].

Работа по визуализации мозга[править]

Впоследствии Келсо и его коллеги перешли от руки к мозгу, используя большие массивы магнитометров СКВИД для регистрации нейромагнитной активности мозга и функциональную магнитно-резонансную томографию для регистрации BOLD-активации (зависящей от уровня кислорода в крови) в областях мозга[15]. Эта работа показала, что математические формы, наблюдаемые в скоординированном движении рук (такие как фазовые переходы), также наблюдались на изображениях активности мозга. Как выразился Келсо, «одна и та же координационная динамика управляет активностью мозга и поведением человека»[16]. Например, на основе записей и анализа активности человеческого мозга[17] Виктор Джирса и Армин Фукс вместе с Келсо смогли вывести уравнения координации HKB на поведенческом уровне из более реалистичной анатомической и физиологической модели лежащего в основе нейронного субстрата[18].

Текущие исследования[править]

Текущая работа Келсо сосредоточена на том, применимы ли те же принципы и механизмы координационной динамики к человеческому мозгу, работающему вместе в социальных условиях. Используя большие массивы электродов, доступные сейчас в области электроэнцефалографии (ЭЭГ), он и его коллеги визуализировали мозг пар людей, когда они выполняли скоординированные движения рук. Команда Келсо выявила сигнатуры в мозге, которые соответствуют тому, координируют ли люди свои действия вместе или действуют независимо[19]. В другом направлении исследований Келсо и его коллеги создали новый способ понимания взаимодействия в реальном времени между человеком и машиной, названный взаимодействием с виртуальным партнёром (VPI). В VPI люди координируют свои действия с виртуальным партнёром, чьё поведение управляется компьютеризированной версией уравнений HKB, которые, как известно, управляют основными формами человеческой координации. VPI — это принципиальный подход к взаимодействию человека и машины, который может открыть новые пути к пониманию того, как люди взаимодействуют с человекоподобными машинами[20].

Книги[править]

Первая полноформатная книга Келсо «Динамические паттерны: самоорганизация мозга и поведения» (MIT Press, 1995) обобщает первые 20 лет его теоретической и экспериментальной работы по координации. В ней утверждается, что создание и эволюция паттернированного поведения на всех уровнях — от нейронов до разума — управляется динамическими процессами самоорганизации. Книга написана для широкого круга читателей и использует простые экспериментальные примеры и иллюстрации для передачи основных концепций, стратегий и методов с минимумом математики.

Вместе с Виктором Джирсой Келсо редактировал книгу «Координационная динамика: проблемы и тенденции» (Springer, 2004). Келсо также является редактором-основателем серии Springer «Понимание сложных систем» и работал в редакционных коллегиях 10 научных журналов/периодических изданий в различных дисциплинах.

Вторая полноформатная книга Келсо, написанная с его бывшим постдоком Дэвидом А. Энгстрёмом, — «Комплементарная природа» (MIT Press, 2006). Эта книга пытается примирить то, что она называет «философией комплементарных пар», с наукой о координационной динамике. Пары противоположностей встречаются повсюду в природе и в науке (например, сотрудничество и конкуренция, интеграция и сегрегация, индивидуальное и коллективное, я и другой, тело и разум, природа и воспитание и т. д.). Келсо и Энгстрём утверждают, что эти пары не исключают друг друга, а дополняют. Они предлагают всеобъемлющую, эмпирически обоснованную научную теорию того, как противоположности могут быть примирены на основе теории метастабильной координационной динамики Келсо. Суть теории заключается в том, что человеческий мозг способен одновременно демонстрировать два кажущихся противоречивыми, взаимоисключающих поведения — интеграцию и сегрегацию. Келсо и Энгстрём используют тильду, или закорючку (~), как символ примиренных комплементарных пар (например, тело~разум, природа~воспитание). Закорючка раскрывает основную истину: как комплементарные аспекты, так и их динамика необходимы для исчерпывающего описания и понимания сложных явлений и систем в жизни, разуме, обществе и природе[21].

Избранная библиография[править]

  • 1973. The nerve compression block as a determiner of behavioral and neurological parameters
  • 1982. Human motor behavior: an introduction.
  • 1982. The Development of movement control and coordination, with Jane E. Clark.
  • 1995. Dynamic patterns: the self-organization of brain and behavior
  • 2004. Coordination dynamics: issues and trends, with Viktor K. Jirsa
  • 2006. The complementary nature, with David A. Engstrøm

Примечания[править]

  1. ↑ HBBL Webpage Архивировано из первоисточника 2007-09-23.
  2. ↑ Observer – Association for Psychological Science. Архивировано из первоисточника 13 декабря 2009. Проверено 17 сентября 2009.
  3. ↑ See for example Andrew and Alexander Fingelkurts (2004), «Making complexity simpler: multivariability and metastability in the brain.» International Journal of Neuroscience vol. 114, pp. 843—862. Kelso, J.A.S. & Tognoli, E. (2007) Toward a complementary neuroscience: Metastable coordination dynamics of the brain. In R.Kozma & L. Perlovsky (Eds.) Neurodynamics of Cognition and Consciousness. Springer, Heidelberg, pp. 39-60.
  4. ↑ Kelso, J.A.S. (1973). The nerve compression block as a determiner of behavioral and neurological parameters. (M.S. Thesis, University of Wisconsin, 1973). University of Oregon: Microform Publications, BR295, 152 234. Kelso, J.A.S., Stelmach, G.E., & Wanamaker, W.M. (1974) Behavioral and neurological parameters of the nerve compression block. Journal of Motor Behavior, 6, 179—190.
  5. ↑ Polit, A., & Bizzi, E. (1978) Processes controlling arm movements in monkeys. Science, 201, 1235—1237.
  6. ↑ Kelso, J.A.S. (1977). Motor control mechanisms underlying human movement reproduction. Journal of Experimental Psychology: Human Perception and Performance, 3, 529—543.
  7. ↑ See for example Kelso, J.A.S., Southard, D., & Goodman, D. (1979). On the nature of human interlimb coordination. Science, 203, 1029—1031. Kelso, J.A.S. (2008). Synergies: Atoms of brain and behavior. In Advances in Experimental Medicine and Biology, Volume 629. (D. Sternad (Ed) A multidisciplinary approach to motor control). Springer, Heidelberg.
  8. ↑ Kelso, J.A.S., Tuller, B., Bateson, E. V., & Fowler, C.A. (1984). Functionally specific articulatory cooperation following jaw perturbations during speech: Evidence for coordinative structures. Journal of Experimental Psychology: Human Perception and Performance, 10, 812—832.
  9. ↑ Haken, H. (1977/1983). Synergetics: Nonequilibrium phase transitions and self-organization in physics, chemistry and biology. Berlin, Springer
  10. ↑ Kelso, J.A.S. (1984). Phase transitions and critical behavior in human bimanual coordination. American Journal of Physiology. Regulatory, Integrative and Comparative, 15, R1000 R1004.
  11. ↑ Haken-Kelso-Bunz model — Scholarpedia
  12. ↑ G. Schöner and J.A. Kelso (1988), «Dynamic pattern generation in behavioral and neural systems.» Science vol. 239, pp. 1513—1520; J.A.S. Kelso, et al. (1987), « Phase-locked modes, phase transitions and component oscillators in coordinated biological motion.» Physica Scripta vol. 35, pp. 79-87.
  13. ↑ Haken, H., Kelso, J. A. S., & Bunz, H. (1985). A theoretical model of phase transitions in human hand movements. Biological Cybernetics, 51, 347—356.
  14. ↑ For recent review see Kelso, J.A.S. (2009). Coordination Dynamics. In R.A. Meyers (Ed.) Encyclopedia of Complexity and System Science, Springer: Heidelberg.
  15. ↑ For example, see JAS Kelso et al. (1992), «A phase transition in human brain and behavior.» Physics Letters A vol. 169, pp. 134—144. Jantzen, K.J., Steinberg, F.L., & Kelso, J.A.S. (2008) Coordination dynamics of large scale neural circuitry underlying sensorimotor behavior. Journal of Cognitive Neuroscience
  16. ↑ Note in Kelso’s C.V., accessed 4 February 2009.
  17. ↑ Kelso, J.A.S., Fuchs, A., Holroyd, T., Lancaster, R., Cheyne, D., & Weinberg, H. (1998) Dynamic cortical activity in the human brain reveals motor equivalence. Nature, 392, 814—818.
  18. ↑ Fuchs, A., Jirsa, V.K., & Kelso, J.A.S. (2000). Theory of the relation between human brain activity (MEG) and hand movements. NeuroImage, 11, 359—369. Jirsa, V. K., Fuchs, A., & Kelso, J.A.S. (1998) Connecting cortical and behavioral dynamics: Bimanual coordination. Neural Computation, 10, 2019—2045. Kelso, J.A.S., Fuchs, A., & Jirsa, V.K. (1999). Traversing scales of brain and behavioral organization. I. Concepts and experiments. In C. Uhl (Ed.), Analysis of Neurophysiological Brain Functioning. Springer-Verlag, Berlin, pp. 73-89.
  19. ↑ For example see Oullier, O., DeGuzman, G.C., Jantzen, K.J., Lagarde, J., & Kelso, J.A.S. (2008) Social coordination dynamics: Measuring human bonding. Social Neuroscience, 3, 178—192. DOI:10.1080/17470910701563392 + Tognoli, E., Lagarde, J., DeGuzman, G.C., & Kelso, J.A.S. (2007) The phi complex as a neuromarker of human social coordination. Proceedings of the National Academy of Sciences, 104, 8190-8195 (from the cover; see also Scientific American Mind, August 2007).
  20. ↑ Kelso, J.A.S., DeGuzman, G.C., Reveley, C., & Tognoli, E. (2009). Virtual Partner Interaction (VPI): Exploring novel behaviors via coordination dynamics. PLoSONE, 4(6): e5749
  21. ↑ Kelso, J.A.S. (2008). An essay on understanding the mind: The A.S. Iberall Lecture. Ecological Psychology, 20, 180—208.

Ссылки[править]

Рувики

Одним из источников, использованных при создании данной статьи, является статья из википроекта «Рувики» («ruwiki.ru») под названием «Келсо, Дж. А. Скотт», расположенная по адресу:

—https://ru.ruwiki.ru/wiki/Келсо,_Дж._А._Скотт

Материал указанной статьи полностью или частично использован в Циклопедии по лицензии CC-BY-SA 4.0 и более поздних версий.

Всем участникам Рувики предлагается прочитать материал «Почему Циклопедия?».

Источник — http://cyclowiki.org/w/index.php?title=Келсо,_Дж._А._Скотт&oldid=2696483