В 1972 году окончил с отличием Физический
факультет Ленинградского государственного университета им. А.А. Жданова по Кафедре
теории поля и элементарных частиц. По распределению поступил в
Физико-технический институт им А.Ф. Иоффе АН СССР в лабораторию теоретической
физики: в 1972-1980 гг. — стажер-исследователь, младший научный сотрудник. В
1980-1983 гг. — в Ленинградском научно-исследовательском вычислительном центре
АН СССР (ЛНИВЦ, в настоящее время Санкт-Петербургский институт информатики и
автоматизации — СПИИАН): старший научный сотрудник — ученый секретарь научного
совета по физике твердого тела Междуведомственного координационного совета АН
СССР в Ленинграде. С 1979 года работает в области исследования
системообразования в головном мозге человека на базе Отдела нейрофизиологии
человека Научно-исследовательского института экспериментальной медицины; полученные
им результаты позволили в 1983 году организовать в ЛИИАН лабораторию
моделирования механизмов деятельности мозга, которая в 1987 году переведена в
Институт эволюционной физиологии и биохимии им И.М. Сеченова АН СССР. В 1989
году в связи с приобретением позитронно-эмиссионного томографа лаборатория была
преобразована в лабораторию позитронно-эмиссионной томографии и начаты работы
по радионуклидным исследованиям функциональной динамики процессов в головном
мозге человека. В 1991-2017гг. — директор организованного Института мозга
человека АН СССР, где создал первую в России лабораторию позитронно-эмиссионной
томографии (ПЭТ) и был ее руководителем. В настоящее время — главный научный
сотрудник лаборатории нейровизуализации Института медико-биологических проблем.
Член-корреспондент c 1997 года, академик
РАН c 2016 года — Отделение физиологических наук.
Академик С.В. Медведев — выдающийся
российский физиолог, специалист в области нейро- и психофизиологии. Его научные
интересы: здоровый и больной мозг человека, измененные состояния сознания,
картирование мозга, навязчивые состояния, системы, детектор ошибок,
психофизиология медитаций. Более полувека занимается исследованием
нейрофизиологических механизмов высших психических функций человека, нормальных
и патологических функциональных состояний. С.В. Медведев ведет прижизненное
изучение структурно-функциональной организации головного мозга человека, принципов
и механизмов организации мозговых систем обеспечения высших психических функций
— внимания, восприятия, речи, ассоциативно-мыслительной деятельности, эмоций —
с целью применения полученных результатов в клинике. Показал принципиальное
различие в работе коры и глубоких структур головного мозга. Предложил новые
подходы к исследованиям с помощью ПЭТ.
В 1978 году защитил кандидатскую
диссертацию «К теории допплер-сдвинутого циклотронного резонанса в металлах», в
1987 году защитил докторскую диссертацию «Нейрофизиологические корреляты
системообразования при мыслительной деятельности», профессор.
Основные научные результаты С.В.
Медведевым получены при исследовании мозгового обеспечения высших психических
функций у здорового и больного человека. При исследовании импульсной активности
нейронных популяция мозга человека показано, что обеспечение деятельности
производится распределенной в пространстве и принципиально динамичной во
времени системой, с различием вклада коры и глубоких структур.
Показана роль механизма детекции ошибок
в клинике обсессивно-компульсивного синдрома и дано объяснение эффективности их
хирургического лечения. На основе его работ созданы методы лечения афазий с
помощью прямой электрической стимуляции. Предложен и обоснован метод лечения
больных с нарушением сознания с помощью снижения патологической афферентации.
Работая в рамках системного
полиметодического подхода, С.В. Медведев исследовал системные механизмы работы
мозга при выполнении как стереотипной, так и нестереотипной, и в том числе,
мыслительной деятельности. Многолетний опыт изучения динамики импульсной
активности нейронов позволил поставить и исследовать вопрос о значении, месте и
организации системной работы нервных клеток как элементарных функциональных
элементах системы при обеспечении нестереотипной деятельности и мозговых
механизмах динамичности этих систем. Сформулирована концепция об обеспечении
нежестко запрограммированных видов деятельности распределенной в пространстве и
принципиально динамической во времени системой, динамичность которой отражает
фундаментальные свойства работы мозга.
Особое внимание С.В. Медведев уделяет
развитию и внедрению новых высокотехнологичных нейровизуализационных методов
(ПЭТ, МРТ, ПЭТ-КТ), а также разработке новых методов анализа ПЭТ-изображений,
сформулированы представления об особенностях организации мозговой системы
детекции ошибок у пациентов с обсессивно-компульсивными расстройствами (ОКР).
В 1989 году в связи с приобретением
первого в стране позитронно-эмиссионного томографа (ПЭТ) С.В. Медведев
организует и развивает новое направление в отечественной нейро- и
психофизиологии, основанное на применении ПЭТ-метода, позволяющего проводить
прижизненную оценку структурно-функциональной организации и деятельности
головного мозга человека.
Результаты исследований важны для теории
физиологии и нейрофизиологии человека, а также для разработки новых методов
диагностики и лечения и их использования в практической медицине. Используя
возможности высоких технологий, им показано, что мышление обусловлено
деятельностью динамической корково-подкорковой системы, распределенной в
пространстве мозга и изменчивой во времени с принципиальным различием вклада
коры и глубоких структур. Обнаруженные перестройки этой системы, не
обусловленные внешними факторами, рассматриваются как один из важных адаптивных
и защитных механизмов мозга. Получены существенные результаты в изучении
мозговых механизмов обеспечения речи, творчества, внимания.
Картирована мозговая система обеспечения
речи. Результаты дополняют существующие представления о принципах
структурно-функциональной организации и о корковых механизмах речевой
деятельности с выявлением звеньев систем ее обеспечения не только в зонах Брока
и Вернике, но и в соматосенсорной и моторной коре. Эти результаты экспериментально
показали относительность представлений о локализации мозгового обеспечения
различных видов деятельности и ошибочность холистических представлений о
вовлечении всего мозга в обеспечение достаточно сложных видов деятельности, а
также позволили разработать принципиально новый метод лечения афазий,
заключающийся в направленном изменении систем обеспечения речи. Обнаружены
системные нейронные корреляты обобщения, обработки отдельно грамматических и
смысловых характеристик фразы, счета, краткосрочной и долгосрочной памяти,
эмоций.
С.В. Медведевым показано, что
определенные отделы области Брока, которая традиционно ассоциируется с речью,
отражают и общемозговые процессы, связанные с концентрацией внимания,
осуществлением контроля поведения и т.д. В то же самое время, другие отделы
области Брока взаимодействуют с речевыми областями височной коры обоих
полушарий для поиска лингвистически корректной формы порождаемого слова. Таким
образом, впервые на материале русского языка установлено, что область Брока содержит
элементы как минимум двух мозговых систем, одинаково важных для обеспечения
процессов генерации речи, что является существенным вкладом в развитие
представлений о нейрофизиологии речи.
В результате ПЭТ и фМРТ-исследований
С.В. Медведевым были картированы и установлены свойства совместной работы
звеньев таких систем обеспечения внимания, речи, обобщения, творчества, лжи и
других функций. Результаты ПЭТ исследований состояния оперативного покоя
предвосхитили развитие целого направления современной нейровизуализации по
изучению спонтанной активности мозга. Разработаны методы ПЭТ анализа опухолей
мозга, на основе чего радикально увеличились продолжительность и качество жизни
больных.
Показано, что реакция нейронных
популяций, глубоких структур мозга, носит в основном возбудительный характер
(увеличение текущей частоты разрядов) и мало специфична по отношению к
конкретной структуре. В отличие от этого, при выполнении мыслительной
деятельности большинство корковых нейронных популяций отвечает тормозной реакцией
и только относительно небольшая часть, специфическая для каждого конкретного
вида деятельности, реагирует увеличением текущей частоты разрядов. Это отражает
различные принципы обеспечения мыслительной деятельности корой и глубокими
структурами.
С.В. Медведевым разработаны: новый
способ первичной диагностики опухолей головного мозга; метод ПЭТ диагностики
степени злокачественности опухолей; методы и подходы для проведения
дифференциального диагноза между опухолями и неопухолевыми очаговыми
изменениями головного мозга; новые способы диагностики и лечения хронических,
резистентных к обычной терапии заболеваний ЦНС у пациентов с симптомами
поражений ЦНС, ассоциированных с хламидийной инфекцией. В результате
исследования нейрофизиологических механизмов селективного и неосознанного
внимания были существенно дополнены представления о их базисных механизмах,
определены области мозга обеспечивающие эту деятельность, показана
латерализация мозгового обеспечения внимания в зависимости от его
направленности.
Новым этапом в изучении мозговых
механизмов творческой деятельности являются проводимые под руководством С.В.
Медведева исследования пространственно-временной организации творческого
мышления человека по изменениям нейрофизиологических коррелят отдельных
параметров вербальной и невербальной творческой деятельности (беглости,
гибкости и оригинальности). На основе полученных фактов сделано предположение о
том, что успешность или неуспешность решения разных типов творческих задач у
высоко- и низкокреативных испытуемых связана с различными функциональными
состояниями коры головного мозга.
На основании многолетних исследований
С.В. Медведевым сформулированы представления об особенностях организации
мозговой системы детекции ошибок у пациентов с обсессивно-компульсивными
расстройствами (ОКР). Предложен нейрофизиологический механизм, объясняющий
эффективность психохирургических вмешательств на основе концепции о динамике
детектора ошибок в условиях болезни. Показано, что структура-мишень при
стереотаксических операциях при ОКР уже не несёт обычных функций, что объясняет
отсутствие побочных явлений после операции. Исследованы мозговые механизмы
обеспечения лжи.
Исследованы механизмы восстановления
больных в вегетативном состоянии. Получены оригинальные данные, указывающие на
то, что повышение коммуникативной активности у больных, находящихся в
длительном бессознательном состоянии (ДБС) при эффективной коррекции
маломанифестных инфекций и генерализованной мышечной спастичности
сопровождается уменьшением демиелинизирующего процесса в ЦНС. Впервые показано,
что иммунные маркеры воспалительной демиелинизации в ликворе регрессируют
раньше при комплексной коррекции этих двух патологических процессов.
С.В. Медведевым внесен вклад в
практическую медицину (нейрохирургию, неврологию) — на основе его работ созданы
методы лечения посттравматических и постишемических афазий с помощью прямой
электрической и магнитной стимуляций, метод лечения тяжелых травматических
поражений спинного мозга с помощью прямой электрической стимуляции через
введенные в него электроды. Разработаны: методы и подходы для проведения
дифференциального диагноза между опухолями и неопухолевыми очаговыми
изменениями головного мозга; выявлена высокая частота нарушений метаболизма
глюкозы в височной коре у детей с задержкой психомоторного и речевого развития
даже при отсутствии грубого анатомо-морфологического поражения мозга;
разработан способ лечения больных с длительными нарушениями сознания
посредством применения ботулинотерапии (в/м инъекции ксеомина), приводящей не
только к редукции генерализованной мышечной спастики и болевого синдрома, но и
к восстановлению высших психических функций.
С.В. Медведев получил авторское
свидетельство на лечение перерывов спинного мозга у очень тяжелых больных — им
в ряде случаев дается возможность частично восстановить подвижность: люди, еще
вчера полностью лишенные возможности двигаться, начинают двигать руками и
ногами, могут передвигаться. Эту работу начинали еще на раненых российских солдатах
из Афганистана.
Под руководством С.В. Медведева в
лаборатории позитронно-эмиссионной томографии Института мозга человека
проводятся исследования мозговой организации внимания, эмоций, мышления, боли,
творчества. Для ученых самое главное — на основе базовых представлений о работе
мозга понять, как связаны мыслительная работа мозга и изменение кровотока,
наполнение кислородом, динамика нейронной активности. Фундаментальный поиск с
самого начала опирается на клинические исследования.
В последние годы С.В. Медведев занимается
исследованиями, связанными с изменёнными состояниями сознания у буддийских
монахов во время прижизненных и посмертных медитаций. В Индии и Тибете
наблюдался феномен «тукдама» — посмертной медитации: практикующий медитацию
после смерти сохраняет позу, в которой он медитировал, и его тело не проявляет
никаких признаков распада или посмертных изменений, включая запах, в течение
длительного времени (недели, а в исключительных случаях месяцы). Нет признаков
трупных пятен, эмфиземы, каталепсии, тургор кожи остается. Это явление
объективно существует, однако для него до сих пор нет научного объяснения.
По инициативе Далай-ламы XIV были начаты
работы по физиологическому, биохимическому и психофизиологическому исследованию
этого феномена. Впервые только российские ученые получили разрешение на
инвазивные исследования тела в «тукдаме», велись исследования физиологических
механизмов погружения в «тукдам». Важно: исследование не затрагивает буддийских
философских и религиозных аспектов «тукдама», а носит исключительно научный
характер. В 2019 году в Тибетских монастырях юга Индии открыты две уникальные
российские лаборатории для исследования тукдама и для изучения альтернативных
состояний сознания на примере медитации. В этих лабораториях российские ученые
работают совместно с буддийскими монахами-исследователями. Изучили двадцать два
случая посмертной медитации.
Исследования дают основание предположить,
что в момент смерти мозг посылает электрический или биохимический сигнал, и все
клетки как бы консервируются. Исследовали 135 монахов, в том числе 50 тантрических
— то есть самую элитарную и закрытую группу в буддизме, результатами поделились
на Международном конгрессе психофизиологов. Возможно, в будущем медицина сможет
использовать механизмы медитации для лечения синдрома дефицита внимания и
гиперактивности (СДВГ) у взрослых и детей. Или профилактировать так называемую
монотонию, то есть потерю концентрации при нудной, монотонной работе — у
пилотов, совершающих длительные перелеты, у дальнобойщиков.
Более четверти века С.В. Медведев руководил
Институтом мозга человека им. Бехтеревой РАН — тем самым, что появился в
Ленинграде благодаря академику Н.П. Бехтеревой: ее имя было присвоено Институту
в 2009 году. Создавали Институт в самый разгар перестройки — когда всё
разваливались, обещанных денег на Институт так и не увидели, вместо двух лет
строили семь. Закупали оборудование. Главный принцип работы Института,
разработанный его научным руководителем Н.П. Бехтеревой — соединение фундаментальных
исследований и практической работы с больными. Для этого при Институте имеется
клиника.
Благодаря усилиям С.В. Медведева и его
единомышленников Институт мозга человека стал одним из ведущих научных
учреждений, ориентированных на изучение мозга человека с помощью самых
современных методов исследования. Здесь занимаются исследованием мозговых
механизмов, обеспечивающих выполнение высших психических функций в норме, их
«поломок», приводящих к развитию патологий, и созданием на этой основе
высокотехнологичных методов диагностики и лечения. Клиника ИМЧ РАН располагает
новейшим оборудованием, которое позволяет правильно и своевременно поставить
диагноз. Врачи клиники оказывают стационарную и амбулаторную медицинскую помощь
нейрохирургического, неврологического, наркологического и психиатрического
профилей для взрослых и детей.
Коллективу исследователей удалось
выяснить очень многое фундаментально важное. Так, имеется большой прогресс в
лечении опухолей. Было показано: опухоль не растет вся — растущая область может
быть крошечного размера по сравнению со всей опухолью. Это означает, что не
надо удалять всю опухоль, а нужно удалять именно эту область прицельно, без
тяжелой травмы — и делать это несколько раз.
В Институте разработан метод
криодеструкции, т.е. замораживаний. После термокоагуляции при удалении остаются
клетки опухоли, но опухоль сложна тем, что на неё нет иммунного ответа. При
криодеструкции вода рвет клетки, при этом молекулы ДНК остаются, но они уже
чуть-чуть другие и потому генерируют иммунный ответ. В результате иммунные
клетки активируются и опухоль начинает разрушаться.
Коллектив работает с наркоманией —
лечение обсессивно-компульсивного расстройства, или неврозов навязчивых
состояний. Научились воздействовать на определенные структуры мозга криодиструкцией,
уничтожая крошечный его участок, отвечающий за эту зависимость. Больному
вводится зонд размером со стержень шариковой ручки, на конце — холодильник, он
охлаждает и разрушает всю структуру. В результате зависимость исчезает. После
такого лечения человек перестает хотеть наркотик: у него исчезает память о том,
что это было «прекрасно», и его мозговой механизм не требует наркотика.
В мозгу человека существует так
называемый «детектор ошибок», некая стабилизирующая система, открытая
академиком Н.П. Бехтеревой еще в 1968 году. Есть много параметров —
температура, давление, пульс, поведение и так далее, которые мозг должен
контролировать, оценивая их отклонение от нормы, записанной в так называемой
матрице сравнения. Матрица сравнения формируется по мере формирования
организма, и у взрослого человека в ней записано множество различных «как
надо». Героин — очень мощный наркотик, он воздействует на матрицу памяти
наркомана. Воспоминания о полученном удовольствии настолько сильны, что
превращаются в норму — «надо принимать героин», и наркоман, даже с очищенными
клетками, оставшись без дозы, чувствует беспокойство, которое уймет только
очередным уколом. В Институте под руководством С.В. Медведева научились
воздействовать на детектор ошибок так, что он перестает хорошо работать,
героиновая «норма» исчезает и человека уже не тянет к наркотику. Он помнит, что
кололся, но почему это «так здорово», не помнит. Так в Институте был разработан
щадящий метод лечения непреодолимой психической зависимости от наркотиков с
помощью воздействия на физиологические причины этого заболевания. Показатель
излечения составляет 70%, и это лучший показатель в мире.
Специалистам Института удалось добиться
эффекта, когда в ряде случаев человек лежит два, три года без сознания в состоянии
комы, а потом через два месяца с начала лечения он выходит из больницы,
возвращается в семью. Оказывается, иногда кома — это чрезвычайно сильная спастика:
сжат кулак так, что ногти прорастают сквозь ткани. Кома — это не расслабление,
а наоборот страшное напряжение. Ученым стало понятно, что нейроны
взаимодействуют с таким количеством болевых сигналов, что им просто не хватает
мощности ни на что другое, они замкнуты. А что, если попытаться их высвободить?
Решение: ботулинотоксином или другим специальным лекарством снять эту спастику,
чтобы нейроны начали заниматься обеспечением мышления — и в этом случае к
пациенту постепенно возвращается подвижность, он приходит в сознание, начинает
говорить. Этот результат был достигнут много раз.
Из интервью С.В. Медведева: «Мозг
изучать трудно — он устроен неимоверно сложно. В нем около 10 миллиардов
нейронов, каждый из которых имеет 10 тысяч окончаний-контактов. Обмен
информацией от нейрона к нейрону идет не со скоростью света, как, например, в
компьютере, а со скоростью звука в воде — около 1400 метров в секунду. Но,
несмотря на это, мозг мощнее любого суперкомпьютера. Почему? Как все это
работает? Непонятно».
«Не могу не признать, что ученых,
которые работают на уровне или выше мирового, в России можно пересчитать по
пальцам. Хотя бы по той причине, что в 90-е и нулевые в стране была практически
уничтожена лучшая в мире система образования — как среднего, так и высшего.
Молодые сотрудники, приходящие сейчас в институт, зачастую поражают отсутствием
научного и культурного кругозора. В науке о мозге есть огромное количество
перспективных направлений, но я не вижу, как можно ими успешно заниматься при
нынешней организации».
«Ученым некогда работать из-за
нарастающего вала отчетности, неуклонно снижается научный уровень работ. Они
пишутся для публикации в индексируемых журналах, без которых институтам и
конкретным сотрудникам не дадут денег. Живой научный поиск истины уже в очень
большой степени сменился какой-то мелочной, пустопорожней писаниной. И это не
только в России. Но между отечественной и западной наукой есть существенное
отличие (кроме разницы в финансировании, конечно) — у нас огромную роль все еще
играют научные школы, когда через поколения идет развитие идей основоположников».
С.В. Медведевым подготовлено 8
кандидатов наук.
Он является автором около 450 научных
публикаций, в том числе 6 монографий, он соавтор 2 патентов. Под его редакцией
и авторском участии вышли 3 монографии,
Член редколлегии журналов «Физиология
человека», «Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова», «Лучевая
диагностика и терапия», «Нейроиммунология».
Избирался членом Президиума
Санкт-Петербургского научного центра РАН. Член Бюро (по 2022) Отделения
физиологических наук РАН, соруководитель тематики научных исследований ОФН РАН
«Высшая нервная деятельность, нейрофизиология и физиология когнитивных
функций», председатель Комиссии по вручению Золотой медали РАН им. В.М.
Бехтерева.
Член Национального комитета российских
физиологов, член Американского физиологического общества, член Британского
физиологического общества, член Международной организации психофизиологов
(IOP).
Награжден медалью ордена «За заслуги
перед Отечеством» II ст.
Удостоен Золотой медали РАН им. В.М.
Бехтерева за цикл работ «Функциональная организация мышления», премии им. И.П.
Павлова Правительства Санкт-Петербурга за выдающиеся научные результаты в
области науки и техники в номинации физиология и медицина.
Отмечен юбилейной медалью «300 лет
Российской академии наук».