Отец и сын - Дмитрий и Павел Шапошниковы - работают в научно-исследовательском технологическом Центре нейротехнологий ЮФУ, где вместе занимаются разработками в области нейроинтерфейсов и биогрибридных систем. Ученые рассказали, какую роль сыграл Южный федеральный университет в истории их семьи.
Дмитрий Григорьевич Шапошников (род. 1976 г.) вот уже более 20 лет занимается развитием фундаментальной и прикладной науки в Южном федеральном университете. Сегодня он - ведущий научный сотрудник НИТЦ нейротехнологий, руководитель лаборатории «Нейроимиджинг», открытой в рамках проекта стратегического развития ЮФУ «Приоритет-2030».
Павел Дмитриевич Шапошников (род. 1998 г.) - выпускник Физического факультета ЮФУ, вместе с отцом работает в НИТЦ Нейротехнологий младшим научным сотрудником.
Интерес к науке – с детства
Дмитрий Шапошников: История нашей семьи неразрывно связана с историей университета. Моя мама училась на физико-математическом факультете РГУ (ныне – ЮФУ). Я с самого детства слушал рассказы про студенческие годы, про учебу, про выдающихся ученых, которые преподавали на факультете, поэтому уже тогда сложилось четкое понимание, чем мне хотелось бы заниматься и где учиться. Кроме того, очень привлекала перспектива попасть в рабоче-творческую обстановку, которая существует в научных лабораториях. Еще одним из главных моментов, которые определили жизненный вектор, был случайно попавший в руки журнал «В мире науки», который был посвящен исследованиям мозга. Помимо экспериментальных работ, там было несколько статей, в которых описывались математические модели нейронов, нейронных сетей, а также технические системы, использующие в своей работе принципы обработки информации, схожие с работой мозга…
Павел Шапошников: С самого детства я был связан с Южным федеральным университетом. Мама закончила механико-математический факультет, а папа – физический. С ранних лет папа брал меня с собой в НИИ Нейрокибернетики, показывал научное оборудование, процесс проведения экспериментальных исследований. Так, со временем, я заинтересовался исследовательской деятельностью, а именно - механизмами работы сенсорных систем человека и животных. Поэтому я твердо решил поступить на Физический факультет ЮФУ, именно на кафедру биофизики и биокибернетики.
Что нужно успеть в студенческие годы
Дмитрий Шапошников: В 1993 году, когда можно было сдавать вступительные экзамены в разных вузах, я успешно поступил в ДГТУ и в Пединститут. Но на самом деле я с самого детства хотел учиться в РГУ. Мне повезло, что в тот год на Физический факультет впервые можно было поступить по конкурсу аттестатов на педагогическое отделение. Оценки по необходимым предметам – алгебра, физика, геометрия и литература – у меня были отличные, поэтому поступил без особых проблем. После двух лет обучения надо было выбирать кафедру для специализации, и тут опять мне повезло - в 1995 году по инициативе Бориса Владимирского была создана кафедра биофизики и биокибернетики на базе НИИ Нейрокибернетики им. А.Б.Когана. Я без особых раздумий подал заявление на эту кафедру, так как мне всегда было интересно – как мозг «делает» мысль? После беседы с Борисом Михайловичем о научных интересах, он отправил меня в Лабораторию нейроинформатики сенсорных и моторных систем, которую возглавляла Любовь Подладчикова. Так началась научная деятельность в нашем Университете. Я активно включился в работу лаборатории и в 1996 году вышла первая публикация в сборнике трудов Российско-французского совещания «Зрение роботов», а в 1997 году получил свою первую зарплату и стал победителем в номинации Соросовский студент. С тех пор я участвовал в выполнении проектов РФФИ и Госзадания - сначала как исполнитель, а со временем и в качестве руководителя. В 2002 году защитил кандидатскую диссертацию, в 2003 году получил должность заместителя директора по информатизации, а с 2012 года – замдиректора (сейчас замруководителя) по науке.
Павел Шапошников: После окончания школы и успешной сдачи ЕГЭ (233 балла по сумме трех экзаменов) я поступил на Физический факультет в 2016 году. Большое впечатление на меня произвела монография Валерия Кироя по Интерфейсам «Мозг-компьютер», и поэтому с первого курса я приходил в Центр нейротехнологий к Дмитрию Лазуренко, чтобы принять участие в создании такого нейроинтерфейса - сначала в качестве испытуемого, а потом и как разработчик. В начале второго курса вместе с этой группой мы приняли участие в Фестивале науки юга России, где представляли свои разработки. Я занимался демонстрацией работы инвалидного кресла при «мысленном управлении». В начале 2018 года меня приняли на работу для выполнения проекта Министерства образования и науки совместно с Фондом перспективных исследований по созданию интерфейса «мозг-мозг». В рамках этого проекта я познакомился со своим будущим научным руководителем Петром Косенко, который определил направление моей деятельности – разработка биогибридных сенсорных систем. Результаты работы позволили мне в прошлом году успешно подать заявку и получить проект Фонда содействия инновациям по программе УМНИК-НейроНет.
Главное достижение – преемственность поколений
Дмитрий Шапошников: «За более чем 20-летнюю научную деятельность мне удалось достичь важных результатов в двух направлениях. Фундаментальное связано с исследованием и моделированием механизмов зрительного восприятия. В ходе этих работ была разработана модель формирования траектории осмотра, которая дает возможность оценивать роль факторов разных уровней, влияющих на перевод взгляда, от величины и ориентации градиентов перепадов яркости до влияния предшествовавшего опыта. Также создан программно-аппаратный комплекс для проведения психофизических тестов, с помощью которого проведена серия тестов и показано наличие локальной пространственной неоднородности остроты сенсорной настройки в периферическом поле зрения человека.
Прикладные работы выполняются в рамках нейроинформационного подхода к обработке и анализу изображений: разработан ряд оригинальных алгоритмов и методов идентификации и контекстного описания информативных фрагментов изображений, основанных на имитации свойств зрительного восприятия, таких как неоднородность представления информации от центра к периферии, ориентационная избирательность, контекстное кодирование. Был разработан каскадный метод для детектирования областей глаз, носа и рта на изображениях лиц и алгоритм определения цвета и формы внешнего контура на изображениях дорожных знаков. Модифицирована поведенческая модель зрения для решения задач идентификации личности, распознавания дорожных знаков, классификации медицинских изображений и определения положения головы человека при томографии и управлении компьютерными приложениями.
Еще одно направление, которое в настоящее время активно развивается во всем мире, связано с разработкой интерфейсов «мозг-компьютер». Особенно радует, что к работам в этом направлении присоединился мой сын. Он выполняет большой объем работы по гранту РНФ, а также в этом году получил свой собственный проект УМНИК от Фонда содействия инновациям. И это, наверное, и есть самое главное мое достижение – преемственность поколений.
Павел Шапошников: Основным моим достижением в науке сегодня является получение в 2021 году гранта УМНИК по разработке нейроинтерфейса «мозг-мозг» для создания новых каналов коммуникации между людьми. Важным для себя считаю и публикацию статьи в журнале Q2 Comparative medicine, посвящённую исследованию эффектов ксилазин-золетиловой анестезии на обонятельную луковицу крысы. И, конечно, мне важно, что я с отличием окончил Физический факультет ЮФУ!