Джей Джей Скотт Келсо
![]() | Эта статья читается как пресс-релиз или новостная статья и может быть в значительной степени основана на обычных репортажах . ( ноябрь 2015 г. ) |
Дж. А. Скотт Келсо (родился в 1947 году в Дерри , Северная Ирландия ) — американский нейробиолог , профессор сложных систем и наук о мозге, профессор психологии , биологических наук и биомедицинских наук в Атлантическом университете Флориды (FAU) в Бока-Ратон, Флорида и Университете Ольстера (кампус Маги) в Дерри, Северная Ирландия.
Келсо работал над динамикой координации , наукой о координации и фундаментальными механизмами, лежащими в основе произвольных движений, и их связью с крупномасштабной динамикой координации человеческого мозга.
Его экспериментальные исследования в конце 1970-х и начале 1980-х годов привели к модели HKB ( Хакен -Келсо- Бунц ), [1] математическая формулировка, количественно описывающая и предсказывающая, как возникают и адаптивно изменяются элементарные формы согласованного поведения в результате нелинейных взаимодействий между компонентами.
Биография
[ редактировать ]Келсо родился в городе Дерри , Северная Ирландия . Он учился в колледже Фойл (1958–1965), получал высшее образование в Университетском колледже Странмилис в Белфасте с 1965 по 1969 год и в Университете Калгари , Альберта , с 1971 по 1972 год. Он получил докторскую степень в Университете Висконсина, Мэдисон , в 1975 году.
С 1976 по 1978 год Келсо был доцентом и директором Лаборатории двигательного поведения в Университете Айовы . В период с 1978 по 1985 год он был старшим научным сотрудником лаборатории Хаскинса Йельского университета в Нью-Хейвене, штат Коннектикут , и профессором психологии и биоповеденческих наук (отдел поведенческой генетики ) в Университете Коннектикута .
В 1985 году он основал Центр сложных систем и наук о мозге в Атлантическом университете Флориды, междисциплинарный исследовательский центр, в который входят нейробиологи, прикладные математики, физики, психологи и ученые-компьютерщики, работающие вместе над общими проблемами сложных биологических процессов. системы, начиная от молекул и заканчивая разумом. Келсо возглавляет группу исследователей в Лаборатории человеческого мозга и поведения Центра. [2]
С 1985 года Келсо возглавляет кафедру выдающихся ученых Гленвуда и Марты Крич в области науки в Атлантическом университете Флориды, где он также является профессором психологии , биологических наук и биомедицинских наук . Келсо был директором Национальной программы обучения NIMH по сложным системам и наукам о мозге в Атлантическом университете Флориды в период с 1987 по 2005 год. Работая с администрацией FAU и канцелярией канцлера системы государственных университетов, Келсо помог создать в Центре степень доктора философии в области Сложные системы и науки о мозге.
В 1995 году Келсо был соруководителем Летней школы по сложным системам в Институте Санта-Фе . С 1995 по 1999 год он занимал пост президента отделения Sigma Xi , Общества научных исследований, в Южной Флориде. Он является членом Научного совета Института сплетений, Всемирного совета институтов Эйнштейна и Консультативного совета Интеллектуального института. Центр системных исследований в кампусе Маги Ольстерского университета.
Келсо работал приглашенным профессором во Франции, Германии, России и (в настоящее время) Ирландии. Он также много читал лекции в США и за рубежом. За свои научные исследования он получил множество наград и наград. [3] В 2007 году ему было присвоено звание лауреата премии Пьера де Ферма. [4] В 2017 году он был принят в члены Королевской ирландской академии . [5]
Работа
[ редактировать ]Цель исследования Келсо — понять, как люди (и человеческий мозг — по отдельности и вместе) координируют поведение. Келсо и его исследовательская группа в настоящее время используют неинвазивные нейровизуализации методы ( ЭЭГ , МЭГ , фМРТ , ПЭТ и т. д.) и статистические инструменты для сбора информации о структуре и функциях мозга во время поведения в реальном времени.
За последние 30 лет или около того вместе с коллегами, работающими в лабораториях по всему миру, он участвовал в междисциплинарной науке, называемой координационной динамикой . Динамика координации – это эмпирическая и концептуальная основа, которая пытается объяснить, как модели координации формируются, сохраняются, адаптируются и изменяются. Понимание динамики координации применялось для прогнозирования поведения в различных типах систем на разных уровнях анализа.
Координационная динамика основана на представлениях синергетики и математическом аппарате динамических систем (см. Теория нелинейных динамических систем и синергетика ). Но динамика координации стремится моделировать определенные свойства человеческого познания , нейрофизиологии и социальных функций , такие как ожидание, намерение, внимание, принятие решений и обучение. Основное утверждение координационной динамики состоит в том, что координация нейронов мозга и скоординированные действия людей и животных связаны общей математической или динамической структурой.
Келсо работал над метастабильностью в нейробиологии . Эта концепция вызвала растущий интерес среди теоретических и вычислительных нейробиологов, поскольку она обеспечивает математическую формализацию идеи о том, что отдельные части мозга могут, с одной стороны, быть специализированными и разделенными, но, с другой стороны, функционировать как единое целое. [6]
Ранние работы
[ редактировать ]В ранних работах Келсо использовались методы блокады нервов, чтобы отключить сенсорную информацию от конечностей человека. [7] Его эксперименты показали, что даже не осознавая положения конечностей, люди могут точно перемещаться в нужные места в космосе. Наряду с работой, проводимой Политом и Биззи на обезьянах в Массачусетском технологическом институте. [8] Исследования Келсо сыграли ключевую роль в установлении теории точки равновесия двигательного контроля, первоначально постулированной Анатолем Фельдманом. [9] Затем, работая со своими учениками Дэвидом Гудманом и Дэном Саутардом, он продемонстрировал — используя технику импульсных светодиодов задолго до появления сложного компьютерного анализа движений — что мозг контролирует сложные, скоординированные движения верхних конечностей, используя функциональную синергию. идея, первоначально выдвинутая русским физиологом и кибернетиком Николаем Бернштейном. [10] Дальнейшая работа в Haskins Labs с использованием комбинации новых методов возмущения, кинематических и внутримышечных записей обнаружила, что контроль и координация сложных речевых жестов также основаны на функциональной синергии или координационных структурах. [11] Задаваясь вопросом, как синергия может формироваться в двигательных системах, Келсо обратился от нейрофизиологии Шеррингтона к теориям самоорганизации, в частности к молодой междисциплинарной области синергетики, основанной Германом Хакеном. [12] В то время преобладающим пониманием анимированного движения было то, что поведение определяется «центральной программой», заранее подготовленным набором инструкций, предписывающих, как должен вести себя набор биомеханических компонентов. Напротив, Келсо экспериментально показал, что поведение также может возникать самоорганизующимся образом в результате сильно нелинейных взаимодействий между многими взаимосвязанными элементами. Его эксперименты были первыми, кто продемонстрировал существование фазовых переходов — внезапных и спонтанных переходов из одного координированного состояния в другое при непрерывном изменении параметра. Фазовые переходы являются основным механизмом самоорганизации в природе, и эксперименты Келсо, которые неоднократно повторялись, впервые продемонстрировали их в скоординированных движениях людей. [13]
Модель HKB
[ редактировать ]Келсо и его коллеги позже продемонстрировали, что многие сложности скоординированного двигательного поведения в сложных системах с множеством степеней свободы могут быть выведены из относительно простых, но нелинейных математических законов. Обзор этой работы см. в Kelso et al. (1987) и Шёнер и Келсо (1988) [14] В частности, Келсо разработал математическую модель в сотрудничестве с выдающимся физиком-теоретиком Германом Хакеном , отцом теории лазеров и синергетики . Эта «модель HKB» смогла вывести основные формы координации, наблюдаемые в экспериментах Келсо, используя систему нелинейных отношений между отдельными координирующими элементами. [15] Модель HKB объяснила и предсказала такие экспериментальные наблюдения, как «критическое замедление» и «усиленные колебания», связанные с нестабильностью и резкими изменениями координации. Более поздние расширения HKB учитывали эффекты шума, нарушенной симметрии, множественных взаимодействующих гетерогенных компонентов, процессов пополнения-уничтожения, параметрической стабилизации и роли изменения окружающей среды в координации. [16]
Работа по визуализации мозга
[ редактировать ]Впоследствии Келсо и его коллеги перешли от руки к мозгу, используя большие массивы магнитометров кальмаров для регистрации нейромагнитной активности мозга и функциональную магнитно-резонансную томографию для записи BOLD (зависящей от уровня кислорода в крови) активации в областях мозга. [17] Эта работа показала, что математические формы, наблюдаемые в скоординированных движениях рук (например, фазовые переходы), также наблюдаются на изображениях мозговой активности. Или, как выразился Келсо, «одна и та же динамика координации управляет деятельностью мозга и поведением человека». [18] Например, на основе записей и анализа активности мозга человека. [19] Виктор Йирса и Армин Фукс вместе с Келсо смогли вывести уравнения координации HKB на поведенческом уровне из более реалистичной анатомо-физиологической модели лежащего в основе нейронного субстрата. [20]
Текущие исследования
[ редактировать ]Текущая работа Келсо сосредоточена на том, применимы ли одни и те же принципы и механизмы динамики координации 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, выполняющих скоординированные движения рук. Примечательно, что команда Келсо определила в мозгу сигналы, которые соответствуют тому, координируют ли люди действия вместе или действуют независимо. [21] В другом направлении исследований Келсо и его коллеги создали новый способ понять взаимодействие человека и машины в реальном времени, получивший название «Взаимодействие виртуального партнера» (VPI). В VPI люди координируют свои действия с виртуальным партнером, поведение которого определяется компьютеризированной версией уравнений HKB, которые, как известно, управляют базовыми формами человеческой координации. VPI — это принципиальный подход к взаимодействию человека и машины, который может открыть новые способы понять, как люди взаимодействуют с человекоподобными машинами. [22]
Книги
[ редактировать ]Первая полноценная книга Келсо « Динамические паттерны: самоорганизация мозга и поведения» (MIT Press, 1995) подводит итоги первых 20 лет его теоретической и экспериментальной работы по координации и утверждает, что создание и эволюция паттернов поведения вообще уровни — от нейронов до разума — управляются динамическими процессами самоорганизации. Книга написана для широкого читателя и использует простые экспериментальные примеры и иллюстрации для передачи основных концепций, стратегий и методов с минимумом математических знаний. [ нужна ссылка ]
Вместе с Виктором Йирсой Келсо редактировал книгу «Динамика координации: проблемы и тенденции» (Springer, 2004). Келсо также является редактором-основателем серии Springer «Понимание сложных систем» и входил в состав редакционных советов 10 научных журналов/периодических изданий по различным дисциплинам. [ нужна ссылка ]
Вторая полноформатная книга Келсо, написанная совместно с его бывшим постдоком Дэвидом А. Энгстрёмом, называется «Дополняющая природа» (MIT Press, 2006). Эта книга пытается примирить то, что она называет «философией дополнительных пар» с наукой о динамике координации. Пары противоположностей встречаются повсюду в природе и науке (например, сотрудничество и конкуренция, интеграция и сегрегация, индивидуальное и коллективное, я и другие, тело и разум, природа и воспитание и т. д. и т. п.). Келсо и Энгстрем утверждают, что эти пары не исключают друг друга, а дополняют друг друга. Они предлагают всеобъемлющую, эмпирически обоснованную научную теорию того, как можно примирить противоположности, основанную на теории Келсо о метастабильной координационной динамике. Суть теории заключается в том, что человеческий мозг способен одновременно демонстрировать два явно противоречивых, взаимоисключающих поведения – интеграцию и сегрегацию. Келсо и Энгстрем используют тильду или закорючку (~) как символ примирения дополнительных пар (например, тело-разум, природа-воспитание). Закорючка раскрывает основную истину: для исчерпывающего описания и понимания сложных явлений и систем в жизни, разуме, обществе и природе необходимы как взаимодополняющие аспекты, так и их динамика. [23]
Публикации
[ редактировать ]Скотт Келсо опубликовал множество статей и книг. Выбор:
- 1973. Компрессионная блокада нервов как определитель поведенческих и неврологических параметров.
- 1982. Двигательное поведение человека: введение .
- 1982. Развитие контроля и координации движений , с Джейн Э. Кларк.
- 1995. Динамические паттерны: самоорганизация мозга и поведения.
- 2004. Динамика координации: проблемы и тенденции , с Виктором К. Йирсой.
- 2006. Дополнительная природа , с Дэвидом А. Энгстрёмом.
Примечания и ссылки
[ редактировать ]- ^ Модель Хакена-Келсо-Бунца - Scholarpedia
- ^ Веб-страница HBBL. Архивировано 23 сентября 2007 г. на Wayback Machine.
- ^ Включая премию выдающегося ученого от Североамериканского общества психологии спорта и физической активности (1999 г.), награду старшего ученого и награды MERIT от Национальных институтов здравоохранения (1997 г.), а также премию выдающихся выпускников за исследования от Университета Висконсина – Мэдисон (1990). Он является избранным членом Американской психологической ассоциации (1986 г.), Американского психологического общества (1990 г.), Американской ассоциации содействия развитию науки (2004 г.) и лауреатом (2001 г.) степени почетного доктора Французской Республики и Университет Тулузы ( Поль Сабатье ).
- ^ Наблюдатель - Ассоциация психологических наук
- ^ «18 новых членов Ирландской королевской академии» . Королевская ирландская академия . 26 мая 2017 года . Проверено 27 ноября 2021 г.
- ^ См., например, Эндрю и Александр Фингелькуртс (2004), «Упрощая сложность: многовариантность и метастабильность в мозге». Международный журнал неврологии, том. 114, стр. 843–862. Келсо, Дж. А. С. и Тоньоли, Э. (2007) На пути к дополнительной нейробиологии: метастабильная координационная динамика мозга. В книге Р.Козма и Л. Перловский (ред.) Нейродинамика познания и сознания . Springer, Гейдельберг, стр. 39–60.
- ^ Келсо, JAS (1973). Компрессионная блокада нервов как детерминант поведенческих и неврологических параметров. (Диссертация магистра, Университет Висконсина, 1973 г.). Университет Орегона: Microform Publications, BR295, 152 234. Келсо, Дж. А. С., Стельмах, Г. Е. и Ванамакер, В. М. (1974) Поведенческие и неврологические параметры блокады компрессии нерва. Журнал моторного поведения , 6, 179–190.
- ^ Полит А. и Бицци Э. (1978) Процессы, контролирующие движения рук у обезьян. Наука , 201, 1235–1237.
- ^ Келсо, JAS (1977). Механизмы двигательного контроля, лежащие в основе воспроизведения движений человека. Журнал экспериментальной психологии: человеческое восприятие и деятельность , 3, 529–543.
- ^ См., например, Келсо, Дж. А. С., Саутард, Д. и Гудман, Д. (1979). О природе межконечной координации человека. Science , 203, 1029–1031. Келсо, JAS (2008). Синергия: атомы мозга и поведения. В «Достижениях в области экспериментальной медицины и биологии» , том 629. (Д. Стернад (ред.) Междисциплинарный подход к контролю движений ). Спрингер, Гейдельберг.
- ^ Келсо, Дж. А. С., Туллер, Б., Бейтсон, Э. В., и Фаулер, Калифорния (1984). Функционально специфическое артикуляционное сотрудничество после движений челюсти во время речи: данные о координационных структурах. Журнал экспериментальной психологии: человеческое восприятие и деятельность , 10, 812–832.
- ^ Хакен, Х. (1977/1983). Синергетика: Неравновесные фазовые переходы и самоорганизация в физике, химии и биологии . Берлин, Шпрингер
- ^ Келсо, JAS (1984). Фазовые переходы и критическое поведение при бимануальной координации человека. Американский журнал физиологии. Нормативно-правовое, интегративное и сравнительное исследование , 15, 1000 рандов, R1004.
- ^ Г. Шонер и Дж. Келсо (1988), «Генерация динамических паттернов в поведенческих и нейронных системах». Наука том. 239, стр. 1513–1520; Дж. А. Келсо и др. (1987), «Режимы фазовой синхронизации, фазовые переходы и составляющие осцилляторы в скоординированном биологическом движении». Physica Scripta, том. 35, стр. 79–87.
- ^ Хакен, Х., Келсо, JAS, и Бунц, Х. (1985). Теоретическая модель фазовых переходов в движениях рук человека. Биологическая кибернетика, 51, 347–356.
- ^ Недавний обзор см. в Kelso, JAS (2009). Координационная динамика. В Энциклопедии сложности и системных наук Р.А. Мейерса (ред.), Springer: Heidelberg.
- ^ Например, см. JAS Kelso et al. (1992), «Фазовый переход в человеческом мозге и поведении». Письма по физике, том. 169, стр. 134–144. Янцен, К.Дж., Стейнберг, Ф.Л., и Келсо, Дж.А.С. (2008)Динамика координации крупномасштабных нейронных цепей, лежащих в основе сенсомоторного поведения. Журнал когнитивной нейронауки
- ↑ Примечание в резюме Келсо , по состоянию на 4 февраля 2009 г.
- ^ Келсо, Дж. А., Фукс, А., Холройд, Т., Ланкастер, Р., Чейн, Д. и Вайнберг, Х. (1998) Динамическая корковая активность в человеческом мозге выявляет двигательную эквивалентность. Природа , 392, 814–818.
- ^ Фукс А., Йирса В.К. и Келсо JAS (2000). Теория связи активности мозга человека (МЭГ) и движений рук. НейроИмидж , 11, 359–369. Йирса В.К., Фукс А. и Келсо Дж.А.С. (1998) Соединение кортикальной и поведенческой динамики: бимануальная координация. Нейронные вычисления , 10, 2019–2045 гг. Келсо, Дж.А.С., Фукс, А., и Йирса, В.К. (1999). Пересечение масштабов мозга и поведенческой организации. I. Концепции и эксперименты. В К. Уль (ред.), Анализ нейрофизиологического функционирования мозга . Springer-Verlag, Берлин, стр. 73–89.
- ^ Например, см. Улье О., ДеГузман Г.К., Янцен К.Дж., Лагард Дж. и Келсо Дж.А.С. (2008) Динамика социальной координации: измерение человеческих связей. Социальная нейронаука , 3, 178–192. doi : 10.1080/17470910701563392 + Тоньоли, Э., Лагард, Дж., ДеГузман, Г.К. и Келсо, Дж.А.С. (2007) Фи-комплекс как нейромаркер социальной координации человека. Proceedings of the National Academy of Sciences , 104, 8190–8195 (с обложки; см. также Scientific American Mind , август 2007 г.).
- ^ Келсо, Дж.А.С., ДеГузман, Г.К., Ривли, К., и Тоньоли, Э. (2009). Взаимодействие с виртуальным партнером (VPI): изучение новых моделей поведения посредством динамики координации. ПЛоСОН , 4(6):e5749
- ^ Келсо, JAS (2008). Эссе о понимании разума: лекция А.С. Ибералла. Экологическая психология , 20, 180–208.
Внешние ссылки
[ редактировать ]- 1947 рождений
- Живые люди
- Академики Ольстерского университета
- Выпускники Университетского колледжа Странмилис
- Американские неврологи
- Ученые по сложным системам
- Ученые лаборатории Хаскинса
- Члены Королевской ирландской академии
- Нейробиологи из Северной Ирландии
- Ученые из Дерри (города)
- Выпускники Университета Висконсин-Мэдисон
- Выпускники Королевского университета Белфаста
- Люди, получившие образование в колледже Фойл
- Ученые и академики из графства Лондондерри
- Медицинские работники из графства Лондондерри