Нейрофизиолог и нейрокибернетик Александр Коган — в проекте «Люди ЮФУ».
автор Татьяна Реттлинг/заглавное фото Александр Поготов (РИА Новости), 1986 год
В октябре 2025 года Южный федеральный университет отметит 110-летие с момента основания. Проект «Люди ЮФУ» посвящен выдающимся личностям, педагогам и исследователям, внесшим неоценимый вклад в развитие университета. Именно их труд и преданность делу создали прочную основу, которая позволяет ЮФУ и сегодня оставаться одним из лидеров российского высшего образования и науки.
Герой нашей публикации — основатель НИИ нейрокибернетики РГУ (ЮФУ), доктор биологических наук, профессор Александр Коган.
«Когда говорят, что нанотехнологии рождаются сегодня в Сколково, я улыбаюсь. Это вы с советскими технологиями не знакомы», — говорит профессор кафедры психологии Воронежского филиала МГЭУ, доктор биологических наук Юрий Щербатых. Он вспоминает, как в далеких 1970-х, будучи студентом Ростовского государственного университета, своими руками изготавливал микроэлектроды с кончиком толщиной 500 нм (в 100 раз тоньше человеческого волоса) и вводил их в нейроны зрительной коры головного мозга подопытных животных. Итогом студенческих экспериментов стало первое в истории описание закономерностей распределения потенциалов нейронов и нейронных колонок, опубликованное в престижном научном журнале.
Возможность проводить такие исследования, предвосхитившие многие открытия в мировой науке, появилась у студентов РГУ благодаря Александру Борисовичу Когану. Именно он в 1971 году создал на базе университета первый в мире Научно-исследовательский институт нейрокибернетики.
Яблоко от яблони
Судьба великого ученого была предопределена, кажется, еще до его рождения. Отец будущего основателя НИИ, Борис Коган, выросший в Полтаве в семье простого народного учителя и рано оставшийся сиротой, несмотря на трудности и безденежье, смог успешно окончить медицинский факультет Казанского университета. Его увлекли исследования лауреата Нобелевской премии, академика Императорской Санкт-Петербургской академии наук Ивана Петровича Павлова, с которым Борис Александрович стал активно переписываться.
Идеи молодого земского врача заинтересовали Павлова, и в 1913-м он пригласил Бориса Когана на работу в свою научно-исследовательскую лабораторию. К тому времени нашему герою, Александру, как раз исполнился год.
Очень скоро Иван Павлов понял, что не ошибся: талант и трудоспособность ученика превзошли все ожидания. Уже в начале 1914 года Коган защитил докторскую диссертацию «Об иррадиации и концентрации торможения в коре больших полушарий». Материалы этой работы академик Павлов определил как «факты выдающейся научной ценности» и написал на их основе девятую главу своей монографии «Лекции о работе больших полушарий головного мозга».
«Сим свидетельствую, что доктор медицины Б. А. Коган в течение академического года занимался экспериментальными исследованиями в заведуемой мною лаборатории Института экспериментальной медицины. Эти занятия обнаружили в нем в высшей степени тщательного, находчивого и вдумчивого работника», — так охарактеризовал Павлов своего ученика и коллегу.
Безусловно, исследования в этом направлении необходимо было продолжать. Однако 28 июня того же 1914 года сербский гимназист Гаврила Принцип двумя выстрелами в Сараеве перечеркнул все планы перспективного ученого: с началом Первой мировой войны стране остро потребовались практикующие медики. Борис Коган отправился в Ростов-на-Дону — работать врачом городской больницы.
Через два года Борис Александрович становится ассистентом, а затем доцентом терапевтической клиники медицинского факультета университета, эвакуированного в Ростов из Варшавы. Десятью годами позже доктор медицины Коган избирается заведующим кафедрой пропедевтики внутренних болезней.
Повышенный интерес у него вызывали патологии сердечно-сосудистой системы. Ученый не только открыл первый в Ростове-на-Дону кабинет электрокардиографии и внедрил этот метод исследования в отечественную практику, но и изобрел прибор для регистрации звуков, сопровождающих сердцебиение, — кардиофон.
Александр, вдохновленный достижениями отца, тоже решает связать свою жизнь с наукой. Однако его больше интересует не сердце, а мозг, изучению которого Коган-старший посвятил молодость.
Окончив Ростовский медицинский институт, в 1932 году Александр Борисович поступает в аспирантуру и становится ассистентом, а затем доцентом кафедры физиологии. Он разрабатывает методику регистрации электрических потенциалов мозга с помощью вживления электродов. Молодой физиолог обогнал мировую науку почти на 20 лет: в других странах такая методика станет широко применяться лишь в 1950-х годах.
Гвардии майор
Исследования Когана-младшего вызывают живой интерес научного сообщества. В 1936 году он успешно защищает кандидатскую диссертацию «О применении электроэнцефалографии в исследованиях подкорковых областей» и берется за докторскую. Наконец работа завершена, и 20 июня 1941 года Александр Борисович отправляется на защиту диссертации в Институт физиологии АН СССР в Ленинград.
Поезд из Ростова в северную столицу шел в те времена несколько суток, поэтому весть о вероломном нападении гитлеровской Германии на СССР застала молодого ученого в дороге. Защита диссертации была назначена на 25 июня. Однако по приезде в Ленинград Александр Коган отправился не в институт, а в военкомат. У него как у перспективного научного работника была стопроцентная бронь, но Александр Борисович ушел на фронт добровольцем.
Родина отправила его медиком в 4-й Гвардейский казачий кавалерийский корпус. Несмотря на то, что Вторая мировая война велась преимущественно с применением тяжелой техники, бравые кавалеристы сыграли важную роль в освобождении страны от захватчиков. Громя врага, казаки прошли непростой, но славный путь от Северного Кавказа до Праги.
Майкоп, Донбасс, Одесса, Минск, Будапешт — всюду гвардейцы наводили ужас на гитлеровцев. Те пытались бороться с ними с помощью лесных пожаров, пытаясь выкуривать конников из лесов и уничтожать авиацией, но эта тактика не увенчалась особым успехом.
Летом 1944 года, во время Минской операции, кавалеристам под командованием генерал-лейтенанта Плиева было поручено освободить Слуцк. И хотя противник был порядком измотан, именно здесь сопротивление оказалось самым сильным: в городе засели два полка нацистов. Плиев организовал штурм сразу с трех сторон. В результате Слуцк был освобожден менее чем за сутки, и казаки погнали врага к Несвижу и дальше на запад.
Конечно, не обходилось без жертв с нашей стороны. Гвардии майор медицинской службы Александр Коган активно занимался поиском и эвакуацией раненых. Вот что писал о тех событиях его руководитель, гвардии полковник Василий Суховерко:
«Несмотря на то, что по лесам бродили разрозненные группы немцев, майор Коган бесстрашно прочесывал мелкие населенные пункты и организовал вывоз в госпиталь 360 раненых офицеров и казаков. В районе Высоко-Литовска им было вывезено 700 раненых буквально из рук противника. В сложной обстановке кавалерийского рейда части медэскадрона отрезались противником от основных частей дивизии. Майор Коган лично выезжал на разведку, находил обходные дороги и тропинки через леса, что дало возможность своевременно оказать помощь раненым и спасти от неминуемой смерти».
Тяжелое ранение в голову, осложненное контузией, получил тогда и сам Александр Борисович. Военврач уже не впервые попадал под немецкие снаряды: первую контузию он получил еще на Кавказе. Тогда же его нашла и первая фронтовая награда — медаль «За боевые заслуги».
«По независящим обстоятельствам»
После Минской операции оставаться в строю было физически невозможно: слишком тяжелым оказалось ранение. На лечение в госпитале и последующее восстановление ушло больше года.
За свои подвиги гвардии майор Александр Коган получил два ордена Красной Звезды (хотя оба раза командование представляло его к ордену Красного Знамени).
В 1946 году Александр Борисович вновь отправился в Ленинград на защиту докторской диссертации «Опыт электрографической локализации подкорковых центров сложных безусловных рефлексов». Последствия ранения давали о себе знать: ходил 34-летний фронтовик, опираясь на трость. Председатель диссертационного совета перед началом защиты сказал собравшимся: «По не зависящим от диссертанта обстоятельствам он опоздал на защиту на пять лет». Потом внимательно посмотрел на Когана и добавил: «По не зависящим от диссертанта обстоятельствам позвольте ему защищаться сидя, а не стоя».
Получив степень доктора медицинских наук, Александр Борисович возвращается в родные пенаты и вместе с отцом принимает участие в восстановлении Ростовского мединститута. Вскоре он становится заведующим кафедрой физиологии человека и животных Ростовского государственного университета, руководить которой будет до последних дней.
Когану удалось создать на кафедре настоящее сообщество единомышленников. Сотрудники, студенты и аспиранты просто боготворили своего руководителя. Об этом, в частности, в своих воспоминаниях писала профессор кафедры физиологии человека и животных РГУ, доктор биологических наук Татьяна Алейникова: «Это был действительно Учитель и поначалу воспринимался как бог, каждое его слово — священное писание, он вне критики и он самый-самый… А великому-то было всего 37 лет. Это был самый молодой профессор на биофаке и, наверное, в университете».
Понимая, что пытливый мозг ученого не может не выходить за пределы разрешенного, завкафедрой лояльно относился к экспериментам коллег. Например, когда Татьяна Алейникова стала преподавать студентам основы учения не одобряемого в СССР Зигмунда Фрейда, Коган долгое время защищал педагога-новатора от нападок.
«Почти на каждом потоке находились «праведники», — вспоминала Татьяна Вениаминовна, — которые оповещали соответствующие структуры о моих экзерсисах, приводящих, по их убеждению, к отвлечению внимания от учения Павлова в пользу сомнительных представлений Фрейда. Однако серьезных последствий, к счастью, не было (если не считать распухшего от сообщений «доброжелателей» досье, хранящегося в Первом отделе университета), благодаря тому, что профессор А. Б. Коган относился к этому более-менее снисходительно, а ректором университета был профессор Ю. А. Жданов — сторонник и покровитель свободомыслия».
Советская наука в те годы развивалась стремительно. Появлялись новые направления, вызывавшие живой интерес как признанных мэтров, так и молодежи. Однако была одна серьезная проблема — не хватало учебников и методичек. Поэтому одной из задач Александра Борисовича и его коллег становится создание учебных пособий.
Так, в 1959 году выходит в свет учебник «Основы физиологии высшей нервной деятельности». «Это был первый опыт создания учебника по предмету, который только что был введен в учебные планы студентов биологических специальностей», — писал Александр Коган. Физиологию высшей нервной деятельности тогда стали преподавать в медицинских, педагогических и сельскохозяйственных вузах.
Примечательно, что в качестве базы для этого учебника Александр Борисович использовал монографию академика Павлова «Лекции о работе больших полушарий головного мозга» — 9-я глава которой, как мы помним, основывалась на материалах докторской диссертации Бориса Александровича.
«Еще чуть-чуть — и мы поймем, как работает мозг»
В 1963 году Александр Коган создает на базе своей кафедры проблемную лабораторию «Биофизика». Он приглашает талантливых биологов, медиков, математиков, физиков и инженеров, готовых совместно проводить исследования работы мозга.
Как раз в начале 1960-х руководству СССР стало известно о проводимых на Западе опытах по управлению боевыми дельфинами. Ученым в Ростове было поручено провести аналогичные исследования: возможно ли добиться стабильного управления дикими животными?
Обычная дрессура не дает стопроцентной гарантии того, что животное (не только дельфин) всегда будет выполнять команды человека. Например, при появлении особи другого пола или при резком звуке подопытные нередко забывали о требованиях тренеров и убегали с маршрута.
Пригодилась давняя разработка Когана — вживление электродов в мозг с последующей стимуляцией нужных участков. Правда, эксперименты решено было проводить не с дельфинами — это было достаточно проблематично для вуза, расположенного в Ростове, — а с обычными бродячими кошками (которых ученые между собой называли «мяукающими дельфинами»).
Конечно же, обращались с подопытными крайне гуманно. Кошки с вживленными электродами чувствовали себя хорошо и жили на кафедре совершенно полноценную кошачью жизнь. Только на время опытов они лишались своей воли и четко выполняли команды оператора: проходили по определенному маршруту, прыгали через препятствия по сигналу, передаваемому непосредственно в мозг.
Поставленная Кремлем задача была выполнена: животные не отвлекались ни на еду, ни на любовь, ни даже на выстрел стартового пистолета прямо над ухом.
Результаты работы лаборатории заинтересовали ректора университета Юрия Жданова. Он в то время активно трудился над развитием образовательной и научной базы юга России. В 1969 году был создан Северо-Кавказский научный центр высшей школы, а при РГУ стали открываться научно-исследовательские институты.
Юрий Андреевич предложил Александру Борисовичу создать НИИ нейрокибернетики — первый не только в СССР, но и на планете. Конечно, Коган немедленно согласился: это позволяло существенно увеличить спектр и глубину исследований. Так в Ростовском госуниверситете появился уникальный НИИ.
«Тогда таких институтов так называемого полного бионического цикла — от кибернетики клетки до живых прототипов в технике — не было. За рубежом аналогичные институты стали создаваться только в последние годы», — рассказывал в начале 2010-х один из учеников Когана, старший научный сотрудник отдела нейронных сетей и робототехники НИИ нейрокибернетики Анатолий Самарин.
Как и на кафедре, возглавляемой Александром Борисовичем, в новосозданном институте авторитет руководителя был непререкаемым. «Он был мозгом, а мы, в основном, исполнители, увлеченные его идеями», — считал Самарин.
«Это был человек, который с нуля организовал большой научный центр, где велись разработки в области мозга на мировом уровне, — поясняет профессор Юрий Щербатых. — Понятное дело, когда в Москве или Ленинграде организуются такие институты и щедро финансируются. А тут нестоличный город — и он создает НИИ, находит кадры, оборудование и вдохновляет сотрудников на генерацию и проверку идей. В то время было ощущение, что еще чуть-чуть — и мы поймем, как работает мозг… Александр Борисович Коган напоминает мне Сергея Павловича Королева: такой же талантливый ученый и талантливый организатор. Разница в том, что Королеву выделялись средства в миллион раз большие, чем Когану. Если бы ему дали хотя бы 1% от тех «космических» денег, он бы открыл тайну мозга».
В 1970-х ростовским нейрокибернетикам пришлось решать новую задачу — оснастить промышленных роботов «зрением», то есть системой считывания, распознавания и обработки визуальной информации. В те годы самой частой разновидностью умных машин была «механическая рука» — аппарат, способный брать предметы и перемещать их на заданное место. Но, если предмет, который необходимо перенести, смещался даже на пару миллиметров, робот уже не «видел» его и не мог выполнить свою функцию.
Ученые под руководством Когана работали одновременно в двух направлениях: одна группа проводила исследования человеческого зрения, вторая применяла полученные знания для создания машинного аналога. В итоге была создана разработка «Глаз-рука»: робот научился видеть предметы, перемещать взгляд, отслеживать движущиеся объекты. В начале 1980-х годов «Глаз-рука» получила золотую, серебряную и бронзовую медали ВДНХ.
«Лишь двадцать лет спустя ее повторили американцы, — делился Анатолий Самарин. — Сотрудник нашего НИИ, который уехал в США во время перестройки, увидел американскую разработку — один в один как та, которую сделали ростовские нейрокибернетики. Он, естественно, подошел к американскому исследователю и спросил: «Украли?» Американец обиделся. Тогда наш ученый попросил ростовских коллег прислать все материалы по данной разработке. И только тогда американец убедился, что действительно был такой научный приоритет 20–летней давности»...
И что очень важно еще, в стенах института остался тот дух, тот стержень, заложенный профессором Коганом — когда ты осознаешь, что занимаешься наукой мирового уровня.
«Александр Борисович был из тех людей, для которых всюду открыты двери, — вспоминал Учителя Анатолий Иванович Самарин. — Его встречали в Англии, Америке, Индии, на Кубе… Ученые всего мира приезжали и к нам. В те годы наш институт имел очень редкую аппаратуру, такой техники в стране были единицы. Такие для Когана были созданы условия. Он жил наукой, понимая, что она не может быть только советской или американской. Она одна для всех».
Век нейротехнологий только начинается
Великий ученый-визионер ушел из жизни в 1989 году, но остался связан со своим институтом: в 1991-м НИИ нейрокибернетики было присвоено имя А. Б. Когана. Сформулированные им идеи и подходы активно развивались учениками и коллегами Александра Борисовича, в том числе его многолетним соратником, профессором Борисом Владимирским.
Именно Борис Михайлович в 1995 году организовал на физическом факультете РГУ кафедру биофизики и биокибернетики, занимающуюся разработками в области биофизики клетки, в частности, фотодинамическими эффектами (некроз, апоптоз), медицинской физики (УЗИ, ЯМР), электронной, конфокальной и флюоресцентной микроскопии.
В 2016 году на базе НИИ нейрокибернетики другим учеником Александра Когана, профессором Валерием Кироем, был создан Научно-исследовательский технологический центр нейротехнологий.
Сотрудники центра подготовили информацию о своей деятельности:
«Первые разработки НИТЦ нейротехнологий были связаны с созданием средств, обеспечивающих повышение безопасности полетов на основе мониторинга состояния пилота (ФГУП ЦАГИ), нейроинтерфейсов, обеспечивающих новыми каналами коммуникации лиц с ограниченными возможностями (парализованные больные).
Последующие уникальные изыскания, проводимые, в частности, по задания Фонда перспективных исследований, были направлены на разработку биогибридной технологии и биогибридных ольфакторных систем, чувствительность которых в отношении запахов (в том числе вредных и опасных веществ, маркеров заболеваний человека) на 4-5 порядков выше чувствительности существующих аналитических методов и технических устройств.
Ключевыми элементами таких систем стали лабораторная крыса, в обонятельную луковицу которой имплантировали микроэлектродную матрицу, позволяющую регистрировать электрическую активность, и искусственная нейронная сеть, обученная распознаванию паттернов активности мозга крысы, ассоциированных с запахами.
Технологию апробировали в интересах поиска взрывоопасных и наркотических веществ, маркеров онкологических заболеваний человека. Исследование было выполнено в 3 регионах России с участием 1761 добровольцев. Было доказано, что система эффективна и для распознавания заболеваний человека по выдыхаемому им воздуху, включая социально значимые: рак легких, рак желудка, сахарный диабет, туберкулез.
Активные исследования и разработки ведутся в области нейротехнологий, в частности, так называемых стимул-зависимых нейроинтерфейсов «мозг — компьютер». Это системы, которые создают прямой канал связи между мозгом человека, генерирующим паттерны электрической активности (например, в процессе внутренней речи) и внешним устройством, (например, компьютером или роботизированным протезом). Такая связь устанавливается в обход обычных нервно-мышечных путей, которые обеспечивают человеку взаимодействие с внешним миром. НИТЦ нейротехнологий является одним из мировых лидеров в этом направлении. Также разрабатываются методы и средства предиктивной терапии аутоиммунных заболеваний, в частности, болезни Альцгеймера, биоинспирированных (нейроинспирированных) искусственных нейронных сетей».