Текст книги "Торможение поведения"

Глава III
Экспериментальные и теоретические доказательства гиперполяризационной теории внутреннего торможения

1. Методика

Методика экспериментов с одновременной регистрацией поведения, ЭЭГ, ВП и импульсной активности нейронов

Используемая нами методика экспериментов с одновременной регистрацией поведения, ЭЭГ, ВП и импульсной активности нейронов уникальна, поскольку предоставляет возможность изучать и поведение в процессе обучения и его нейрофизиологическое и нейромедиаторное обеспечение.

В опытах на бодрствующих кроликах, фиксированных в станке за лапки, регистрировали изменения поведения, активности нейронов и динамику медленных колебаний потенциала, фоновых и вызванных, зрительной и сенсомоторной областей новой коры и дорзального гиппокампа при выработке и реализации оборонительных условных рефлексов и выделенных И. П. Павловым видов внутреннего торможения. Вырабатывали оборонительные условные рефлексы на звук, свет или вспышки света (две или четыре вспышки с интервалом 1 сек) – условный стимул (УС), при подкреплении их электрокожным раздражением конечности (ЭРК) (два или четыре надпороговых удара током (длительностью одна миллисекунда), наносимых на поверхность голени задней конечности, также с интервалом одна секунда). Первый (или первый и второй) удары тока совпадали со второй (или с третьей и четвертой) вспышками света. Таким образом, в каждом сочетании мы регистрировали ответ нейрона на условный стимул, на совместное действие условного раздражителя с безусловным и на действие только безусловного. В качестве тормозного стимула применяли те же вспышки света, что и в случае выработки оборонительного рефлекса, но включали их на фоне условного тормоза (УТ) – непрерывного света лампочки накаливания без подкрепления. Свет включали за одну секунду до включения вспышек и выключали через секунду после последней вспышки. Мы сознательно применяли тормозный стимул по физическим параметрам более интенсивный, чем условный раздражитель. Выработка внутреннего торможения этим была затруднена, но число движений на неподкрепляемые вспышки света обычно было достоверно меньше, чем на подкрепляемые вспышки.

На первом этапе нашей работы мы регистрировали активность нейронов, медленные колебания потенциала и поведение на ранних стадиях выработки условных рефлексов, активных и тормозных. При этом вначале подавали 15–20 раздражителей (звук, свет, вспышки света) без подкрепления, затем их сочетания с ЭРК, затем регистрировали активность нейрона при отмене подкрепления, т. е. при угашении рефлекса. В последующих сериях экспериментов активные и тормозные рефлексы вырабатывали предварительно, до опытов с применением микроэлектродной техники. Регистрировали общие движения кроликов – по изменениям пневмограммы, мио-грамму задней конечности, на которую наносили ЭРК, дыхание, сердцебиение, ЭЭГ, ВП и активность нейронов новой коры и гиппокампа. Стеклянные микроэлектроды, наполненные 0,9 % раствором NaCl, с диаметром кончика 5 – 15 мкм погружали в мозг через отверстие в кости диаметром 2–3 мм посредством укрепленного над ним в кости микроманипулятора.

Микроманипулятор исходно был сконструирован старшей сотрудницей нашей лаборатории Антониной Макаровной Мелеховой и в дальнейшем усовершенствован по нашему заказу инженером Красногорского завода фотоаппаратов Иваном Ильичем Клюкиным. Он представлял собой миниатюрное устройство не более 4 грамм весом. Поэтому у нас имелась возможность не крепить голову кролика. Кролик был мягко фиксирован к станку за четыре лапки, свободно двигал головой и охотно ел морковку в перерывах опыта. Медленные колебания потенциала регистрировали тем же микроэлектродом, что и активность отдельных нейронов, при отведении их на другой усилитель с соответствующими параметрами полосы частот (1 – 150 Гц), а также металлическими электродами в эмалевой изоляции, вживленными в кору головного мозга. Усилители для регистрации активности нейронов ставили на фильтры 400 – 10000 Гц. Для усиления и записи исследуемых показателей работы головного мозга использовали усилители УБП1 или УБП2, универсальную электрофизиологическую установку УЭФ1-03 конструкции Центрального конструкторского бюро Российской Академии Наук и восьмиканальный чернилопишущий прибор – УСЧ8 – 03. Инженер ЦКБ Александр Иванович Рыбалко, сделал возможной запись активности нейронов на УСЧ8 – 03, несколько увеличив их длительность. Благодаря этому нововведению мы и получили уникальную возможность одновременной записи поведения, ЭЭГ, ВП и работы нейронов одной или двух областей мозга еще в те далекие времена, когда не было методических достижений настоящего времени. Следует отметить, что долгое время мы параллельно записывали активность нейронов, используя магнитофон. Но по техническим причинам (недоверие к результатам выделения активности отдельных нейронов, имеющимися у нас средствами) от анализа этих записей отказались. Так что вся первичная обработка полученных материалов, в том числе киносъемок с экрана осциллографа производилась вручную с последующей обработкой вторичных материалов с использованием необходимых программ на ЭВМ.

При обработке экспериментального материала анализировали нативные записи, а также строили перистимульные гистограммы реакций на применяемые раздражители для отдельных нейронов и для всей группы нейронов данной области коры, либо для групп нейронов с определенными свойствами, вычисляли значения параметров активности нейронов (средние значения межимпульсных интервалов, коэффициенты вариации (C=σ/xср^*100 %; спектральный состав межимпульсных интервалов и их энтропию), а также определяли соотношение медленных колебаний потенциала и параметров импульсации нейронов на фоне относительного покоя животного и на фоне активации ЭЭГ под влиянием подкрепления. Вычисляли вероятности движений на условные раздражители, частоту дыхания, сердцебиений и число движений в межсигнальные периоды. Достоверность наблюдаемых изменений оценивали по критерию Стьюдента и по непараметрическому критерию Вилкоксона (Большев, Смирнов, 1965).

В целом в различных сериях опытов была зарегистрирована активность более 400 нейронов новой коры и гиппокампа. В основном записывали активность нейронов в глубоких слоях коры, по-видимому, преимущественно активность пирамидных нейронов. В наших условиях мы не могли точно определять тип регистрируемых нейронов. Это задача специальных экспериментов.

Хочу предупредить читателя, что в данной книге я не буду приводить результаты статистической обработки тех массивов дат, которые при решении некоторых задач составляли до нескольких тысяч. Для специалистов, глубоко интересующихся предметом, все доказательства излагаемых нами положений легко найти по приводимым ссылкам в периодике – на русском языке это в основном Журнал высшей нервной деятельности имени И. П.Павлова, Журнал Физиологии человека и Успехи физиологических наук, на английском – Испанский журнал психологии и др. В этой книге я ограничусь наглядными иллюстрациями, тем более, что они настолько однозначны, что для общего представления о предмете их будет достаточно. Естественно, заранее прошу прощения за качество иллюстраций. Некоторые материалы получены только что, а основная их масса довольно давно. То, о чем я буду говорить, можно сказать, общеизвестно для специалистов, но еще не общепринято. А для начинающих, как говорил П. В. Симонов: «Предупрежден, значит, вооружен».

Следует сказать несколько слов о сопоставимости сведений, полученных нами с основными результатами, которые были получены щколой И. П. Павлова и его последователей с применением слюноотделительной методики. В этом отношении сомнений нет, поскольку еще в 1934 г. в работе Э. А. Асратяна было установлено, что закономерности взаимодействия возбудительных и тормозных процессов (выработка, угасание, иррадиация, концентрация, взаимная индукция и др.), выявленные посредством изучения слюнных условных рефлексов, идентичны и при выработке оборонительно-двигательных рефлексов на электрокожное раздражение у собак. Отличие двигательных рефлексов от секреторных заключается в большей подвижности и в том, что оборонительные двигательные условные рефлексы более долго угашаются, что имеет биологические основания. Впоследствие подобные результаты получил Ю. Г. Кратин, регистрируя при той и другой методике не только поведение животных (кошки, собаки) и человека, но и запись изменений медленных колебаний биопотенциалов (Кратин, 1967).

Следовательно, закономерности взаимодействия возбудительных и тормозных процессов, выявленные посредством изучения слюнных условных рефлексов, идентичны таковым при выработке оборонительно – двигательных рефлексов.

Методика моделирования работы сетей из возбудительных и тормозных нейроноподобных элементов

Имитационные математические модели сети нейроноподобных элементов (НЭ), возбудительных и тормозных (ВЭ и ТЭ соответственно), были реализованы в виде программ на различных ЭВМ. Первая работа в этом направлении была проведена на пороговых элементах (Крылов, Острякова и Шульгина, 1974), все последующие – на нейроноподобных элементах, свойства и параметры взаимодействия которых в математическом выражении были максимально приближены к таковым в реальных условиях работы нервной системы.

Исходно для каждого варианта расчетов устанавливались размеры матриц НЭ, форма связей внутри матриц и между ними, знак связей и параметры составляющих элементов. Структура модели предполагает возможность создания любого необходимого числа матриц, связанных между собой любым способом, наиболее пригодным для решения поставленной задачи. При необходимости матрицы могут быть связаны в модули, состоящие из нескольких матриц. Модули, в свою очередь, могут быть связаны между собой.

Работа каждого варианта модели заключалась в решении на очередном такте времени системы уравнений, характеризующих изменения состояния всех НЭ и связей между ними в зависимости от заданных условий. Значения сопротивления и постоянной времени мембраны НЭ, порогов покоя и их изменений после импульса, значения силы связей между НЭ и параметров, количественно имитирующих уровень и постоянные времени распада возбудительного и тормозного медиаторов, а также интенсивность и другие параметры внешних воздействий, задавали исходно в условных единицах перед очередным вариантом расчетов. На каждом такте времени вычисляли токи в контактах от одного НЭ к другому, суммарные токи, потенциалы и текущие пороги, сравнивали величины мембранных потенциалов и порогов, определяли наличие импульса в каждом НЭ. При условии, если сумма всех возбудительных и тормозных влияний на НЭ превышала исходно установленный порог, считалось, что в данном НЭ возник разряд, влияние которого на последующие НЭ учитывалось в следующем такте счета.

Обучение определялось принципом Хебба (Hebb, 1949), который заключается в повышении эффективности веса или силы тока в контактах данного элемента к другим нейронам при условии совпадения активации пре– и постсинаптического НЭ. Сила связи между НЭ, участвующих в обучении, увеличивалась до некоторого предела.

По принципу построения системы уравнений и по архитектуре наши модели наиболее близки к направлению адаптивно-резонансной теории, которую развивает в своих работах С. Гроссберг (Gossberg, 2012).

2. Генез медленных колебаний потенциала

Ко времени начала наших экспериментов был проведен значительный ряд исследований изменения биоэлектрической активности структур головного мозга при обучении. Было показано, что обучение новым формам поведения сопровождается закономерными изменениями медленных колебаний биопотенциалов в сторону снижения их амплитуды при выработке активных форм поведения и повышения ее при отмене подкрепления. Результаты наших экспериментов с регистрацией динамики медленных колебаний биопотенциалов были идентичны и отличались тем, что мы параллельно регистрировали активность нейронов коры головного мозга. Поэтому исходно для лучшего понимания процессов, происходящих при обучении, необходимо детально рассмотреть сведения относительно генеза медленных колебаний потенциала, полученные в общей нейрофизиологии.

Необходимость выяснения генеза медленных колебаний биопотенциала. В настоящее время методика регистрации колебаний биопотенциалов головного мозга широко применяется как в практике нейрофизиологического эксперимента, так и в медицине с целью анализа функционального состояния структур головного мозга (сон, гипноз, бодрствование, работа сознания и т. д.), их участия в различных формах деятельности мозга, взаимодействия его структур, отклонения от нормы и результатов действия разного рода биологически активных препаратов. Несмотря на широкое применение регистрации биоэлектрической активности имеется много неопределенности в трактовке генеза и функциональной роли различных ее форм. Необходимость рассмотрения этой проблемы следует из того факта, что даже некоторые нейрофизиологи, очень сведущие в деталях строения и работы ЦНС, не считают эту сферу знаний достаточно решенной. Например, в книге Никколса и соавт., «От нейрона к мозгу» (2003) по этому поводу говорится следующее: «За исключением нескольких примеров, таких как функционирование соматогастрического ганглия омара и плавания пиявки, мы не обладаем достаточной информацией о механизмах происхождения или ритмичности залповой активности. Более того, неясно, какие функции выполняют колебания токов в таких известных явлениях как альфа– и дельта-волны в электроэнцефалограмме» (с.638).

Для выяснения генеза медленных колебаний потенциала было необходимо использование одновременной записи суммарных медленных колебаний потенциала и активности нейронов. Относительно простой прием для этого – экстраклеточное отведение того и другого, более сложный, но дающий еще более определенные ответы на поставленные вопросы – это внутриклеточное отведение колебаний мембранного потенциала нервных клеток в сопоставлении с экстраклеточной регистрацией ЭЭГ и ВП Продуктивным методом для проверки возникающих гипотез о генезе и функциональном значении разного рода феноменов биоэлектрической активности является также математическое моделирование биоэлектрических процессов.

Трактовка первых записей ЭЭГ. Первые записи ЭЭГ от поверхности головного мозга, выполненные в конце XIX века в эксперименте на собаках с применением струнного гальванометра (Caton, 1875), обнаружили странное явление: в состоянии покоя регистрировались высокоамплитудные медленные колебания потенциала, а при действии каких-либо раздражителей амплитуда этих колебаний резко снижалась. Позднее то же самое явление было обнаружено при регистрации биоэлектрической активности от поверхности мозга и от большинства глубинных его структур у всех видов животных, а также у человека. Причины этого явления долгое время были предметом разного рода гипотез. Некоторые авторы предполагали, что в ответ на стимул возникает разлитое торможение деятельности нервных клеток. Участки с повышенной амплитудой ритмической активности, реализующие ответ на стимул, находятся где-то вне отводящих электродов (Русинов, 1960).

Большинство других авторов приняли точку зрения Э. Эдриана и К. Ямагивы. Они предположили, что в период покоя нейроны работают синхронно. При действии раздражителя режим работы отдельных нейронов может не изменяться, но синхронизация в их деятельности нарушается, и, как следствие этого, снижается амплитуда ЭЭГ (Adrian & Yamagiva, 1935; Adrian, 1936).

Фоновые и вызванные потенциалы. В зависимости от условий регистрации, ритмика биопотенциалов делится на фоновую и вызванную. Фоновую ритмику, т. е. ритмику, которую регистрируют при отсутствии специальных раздражителей, в свою очередь, можно разделить на ритмику покоя (мю-ритм (он же роландический или аркуатный ритм 8 -13/c) в соматосенсорной коре, альфа-ритм в зрительной коре, (8-13/с) – у приматов, в том числе у человека, полиритмичные альфа-подобные колебания потенциала с преобладанием частот 1-10/с у более низкоорганизованных животных, и ритмику торможения (дельта-ритм: 1–4 колебания в секунду). Дельта ритм регистрируется в состоянии дремоты, медленно-волнового сна и на поздних стадиях выработки угасательного торможения. Деление ритмики спокойного бодрствования 8 – 13/c на альфа-ритм и мю-ритм, на мой взгляд, достаточно условно, поскольку генез и динамика изменений того и другого идентичны.

Вызванная ритмика также делится на две группы. К первой группе можно отнести первичные и вторичные вызванные потенциалы, возникающие либо в ответ на ритмические сенсорные раздражители, либо на прямую стимуляцию мозга (потенциалы усиления и вовлечения). Ко второй группе относятся тета-ритм (частота колебаний 5–7/с, при повышенной активации до 11/с), бета-ритм (частота 12-З0/с), гамма-ритм (30–40/с и выше). Частоты в ритме бета и гамма присутствуют и в составе фоновых колебаний, но при активации ЭЭГ они выявляются и усиливаются. Тета-ритм возникает преимущественно в структурах лимбической системы животных и человека при активном деятельном состоянии головного мозга (Green, Arduini, 1954; Брейже, 1967; Шульгина, 1976 б), поэтому он получил еще название стресс-ритма (Анохин,1968). Этим термином, видимо, следует пользоваться при необходимости отделить колебания с частотой тета-ритма на фоне активации ЭЭГ от колебаний той же частоты, возникающих в числе других при полиритмичных медленных колебаниях. Частоты в ритме тета регистрируются и в новой коре человека, но только либо при повышенном уровне эмоционального состояния (Валуева,1967), либо в условиях патологии диэнцефальных отделов мозга (Болдырева, 2000).

Эндогенные и экзогенные колебания потенциалов. Условно, по способу возникновения, ритмику суммарных медленных потенциалов можно разделить еще и по-другому, а именно, на эндогенную и экзогенную. К эндогенной относится ритмика, форма колебаний и частота которой определяется внутренними процессами. Наиболее явными примерами эндогенной ритмики являются альфа-, мю-, тета-, бета– и гамма-ритмы. Примером экзогенного ритма является ритм, навязанный мозговым структурам при воздействии ритмического раздражения, либо сенсорного (вспышки света, звуковые щелчки и т. д.), либо электрической стимуляцией. Это деление является условным, так как генез, т. е. способ организации тех и других ритмов, может быть почти одинаковым. Наиболее определенно это можно сказать в отношении генеза фоновых колебаний: мю– альфа-, альфа-подобного и дельта-ритмов и вторичных потенциалов, вызванных ритмической стимуляцией. Анализу этой проблемы посвящено много экспериментальных и обзорных работ, на основе которых можно высказать обобщающие положения.

Генез поздних компонентов вызванных потенциалов. Наиболее детально вопрос о генезе поздних компонентов был разработан в отношении вторичных ВП в зрительной коре. Так уже в 60-е годы XX в. появились обстоятельные обзорные статьи И.Н. Кондратьевой на эту тему (Кондратьева, 1964, 1967). В этих статьях приведены основополагающие данные самой И. Н. Кондратьевой и ряда других, более ранних, работ о фазном характере (чередование активации и прекращения импульсации) реакций нейронов всех уровней зрительного анализатора от ретины до новой коры на вспышки света и на электрическую стимуляцию зрительных путей, о значительном соответствии импульсной активности отдельных нейронов и вторичных компонентов ВП на вспышки света в зрительной коре (рис. 1).

Приведены данные о соответствии динамики колебаний мембранного потенциала отдельных нейронов и вторичных компонентов ВП, а также сведения об участии в этих процессах возбудительных и тормозных постсинаптических потенциалов (ВПСП и ТПСП соответственно). Собраны сведения о результатах исследования цикла возбудимости нейронов зрительной системы после первого стимула, определяемого по динамике ответов на второй стимул, включаемый последовательно в разноудаленные промежутки времени от первого. Сходные соотношения активности отдельных нейронов и суммарных медленных потенциалов в случае вторичных вызванных ответов на адекватные раздражители обнаружены и в других областях коры. Уже в те годы эти сведения были достаточно исчерпывающими и в дальнейшем только дополнялись без существенных качественных изменений.

Соответствие генеза дельта, мю, альфа и альфа-подобного ритмов генезу вторичных компонентов вызванных потенциалов. Сведения о соответствии вторичных компонентов ВП на адекватный стимул чередованию активации и торможения импульсной активности и колебаниям де– и гиперполяризации мембранного потенциала значительной части нервных клеток в новой коре имеют существенное значение для понимания генеза суммарных медленных колебаний ЭЭГ. Еще на основе экстраклеточной регистрации медленных потенциалов было высказано предположение о единстве процессов, лежащих в основе ЭЭГ и ВП (Bishop, Clare, 1952).

Рис. 1. Пример соответствия фоновых и вызванных суммарных медленных колебаний потенциала и импульсной активности нейронов в зрительной и сенсомоторной коре. Регистрация в процессе угашения оборонительного условного рефлекса на вспышки света (отмечены стрелками): I– 14-е, II – 36-е угашение. В каждой записи сверху вниз: миограмма задней конечности кролика, электрокортикограмма (ЭКоГ) дорзального гиппокампа, ЭКоГ сенсомоторной коры, активность нейрона сенсомоторной коры, ЭКоГ сенсомоторной коры, отводимая тем же микроэлектродом, ЭКоГ зрительной коры, активность нейрона зрительной коры.

Сопоставление фоновых биопотенциалов, отводимых от поверхности коры головного мозга, и колебаний мембранного потенциала отдельных нервных клеток, отводимых внутриклеточно, также как в случае поздних компонентов ВП, показало значительную степень их соответствия. При этом отчетливо показано, что фоновые медленные колебания потенциала, как и вторичные потенциалы, вызванные ритмической стимуляцией, являются результатом взаимодействия ВПСП и ТПСП (см. Li, Ortiz-Galvin, Chou,Howard, 1960; Jasper, Stefanis,1965; Гусельников, Супин1968; Andersen, Andersson, 1968; Сreutzfeldt, Ito, 1968; Шульгина, 1976 б; Гусельников, Изнак, 1983 и др.). В этом взаимодействии существенную роль играют возвратное и латеральное торможения, реализуемые посредством возвратных коллатералей аксонов и тормозных вставочных нейронов (рис. 2, 3).

Взаимодействие ВПСП и ТПСП в отдельных нейронах определяет форму и частоту суммарных медленных колебаний потенциала, а также модулирует частоту импульсной активности соответствующей популяции нейронов. Особый ряд доказательств в этом отношении представлен в работе Ф. Морелла (Morrell, 1967). Она проведена при исследовании динамики биоэлектрической активности в процессе действия наркотика на ЦНС человека. Использовалась внутриклеточная регистрация активности нервных клеток коры головного мозга человека в сопоставлении с электрокортикограммой. Установлено четкое соответствие колебаний мембранного потенциала, фазной активности отдельных нейронов, чередования активации и торможения их импульсации, и альфа-ритма в электрокортикограмме, несколько различное для различных нейронов. Показано постепенное ослабление импульсации нейронов по мере действия наркотика, затем полное ее исчезновение, при сохранении колебаний мембранного потенциала нейронов в ритме альфа, что говорит о наличии генератора альфа – ритма в нижележащих структурах мозга (рис. 4).

Рис. 2. Схема реализации возвратного (а) и латерального (б) торможений. В – синапсы возбудительного нейрона, Т – синапсы тормозного нейрона.

Рис. 3. Взаимодействие возбудительных и тормозных нейроноподобных элементов при наличии в сети возвратного и латерального торможения. I – активность возбудительных нейронов первого столбца матрицы сети, II – активность тормозных нейронов первого столбца матрицы сети.

Проведенный нами в опытах на бодрствующих кроликах анализ соответствия медленных колебаний потенциала и импульсной активности показал, что модуляция частоты разрядов со стороны фоновых медленных колебаний потенциала и со стороны вторичных ВП наблюдается сходным образом у одних и тех же нейронов коры головного мозга (Шульгина, 1976,б). В том и другом случае имеет место фазная активность нервных клеток, чередование активации и торможения импульсации. Но в случае фоновых медленных колебаний наблюдаются нерегулярные групповые разряды, а в случае ВП фазность в им-пульсации отдельных нейронов и ее соответствие медленным колебаниям потенциала выражены более отчетливо (рис. 1).

Рис. 4. Пример соответствия колебаний ЭЭГ в ритме альфа колебаниям мембранного потенциала и импульсации нейрона зрительной области коры человека до и в процессе введения метогекситала (внутривенно). Негативность – вверх для канала 1 (запись от поверхности коры), и вниз для канала 2 (запись внутриклеточно). Активность одной и той же клетки: А – до введения препарата, В – после его введения в дозе 200 мг, С – после введения 400 мг, D – после введения 500 мг, Е – через 5 мин после прекращения его введения (по: Morrell, 1967).

Значительное соответствие медленных колебаний потенциала и импульсной активности нейронов обнаружено для состояния медленноволнового сна (см. Huttenlocher, 1961; Evarts 1963; Findley, Hayward, 1969; Шульгина, 1976 б; Steriade, Gloor, Llinas,et al., 1990 и др.).

На фоне высокоамплитудных медленных колебаний потенциала у близлежащих нейронов коры, как и предполагал Е. Эдриан, наблюдается высокая степень синхронизации импульсной активности. Эта синхронизация обусловлена одновременным прекращением разрядов при наступлении тормозных пауз, и, по-видимому, может быть названа синхронизацией по тормозному типу (Шульгина, Балашова, Охотников, 1990) (рис. 5 А, Б).

Рис. 5. Пример синхронизации в работе нейронов зрительной (1) и сенсомоторной (2) областей коры в фоне и в ответ на действие сочетания вспышек света (светлые стрелки) с ЭРК (темные стрелки). А – фоновая активность, Б – ответы на вспышки света – УС, В – ответы на комплексное действие вспышек с ЭРК, Г – ответы на ЭРК.

Необходимо подчеркнуть тот факт, что в процессе формирования фазной и фоновой и, особенно, вызванной активности нейронов большую роль играет послетормозная активация. Ее еще называют «посттормозная отдача» (postinhibitory rebound). Предполагается, что она обусловлена возрастанием мембранной проводимости при выраженной гиперполяризации клетки (Friesen, 1994; Wang, Rinzel, 1992).

В реализации тормозных влияний на уровне коры головного мозга основную роль играет ГАМК-ергическая нейромедиаторная система (Krnjevic,1974). Дериват ГАМК – Фенибут, как показано далее (Глава III, 7), изменяет биоэлектрическую активность коры головного мозга идентично изменениям ее при выработке внутреннего торможения.

«Судорожные» потенциалы. «Судорожные» потенциалы являются специфической формой биоэлектрической активности, практически единственной, которая имеет место только в условиях патологии нервной ткани вследствие травмы, локального нарушения обмена веществ, либо при действии препаратов – антагонистов ГАМК. Это могут быть либо одиночные, типа пик – волна, либо ритмичные высокоамплитудные колебания потенциала. Тем и другим соответствует либо фазная активность нейронов, чередование их активации и торможения, либо интенсивная тоническая импульсация. С применением внутриклеточного отведения показано, что генез «судорожных» потенциалов определяется взаимодействием ВПСП и ТПСП (Enomoto, Ajmone-Marsan, 1959; Li Ch-L. 1959).

Проведенные нами эксперименты на модели сети из возбудительных и тормозных элементов выявили причины возникновения «судорожной» активности в ЭЭГ (Фролов Медведев, Долина и др., 1984). Оказалось, что характерные для такого рода активности высокоамплитудные «судорожные» колебания потенциала возникают при условии 1) наличия в сети возвратного и латерального торможения и 2) повышения порога срабатывания тормозных НЭ. При этом на фоне постоянного притока слабого возбуждения вначале происходит интенсивное вовлечение в совместную работу большого числа возбудительных НЭ вследствие отсутствия ограничения его со стороны тормозных влияний. В последующий момент времени чрезмерная активация возбудительных НЭ прекращается посредством мощного включения в реакцию тормозных НЭ под влиянием возвратных связей от возбудительных НЭ. Затем весь процесс повторяется снова вследствие наличия в системе послетормозного повышения возбудимости (рис. 6).

Рис. 6. Имитация генерации «судорожной» медленно-волновой (а) и импульсной (б, в, г, д) активности на модели сети из возбудительных и тормозных нейроноподобных элементов (По Фролов и соавт. 1984).

Активация ЭЭГ. При воздействии любого нового или знакомого, но биологически значимого раздражителя, в новой коре и других структурах головного мозга вслед за ВП регистрируется более или менее длительное снижение амплитуды фоновых медленных колебаний потенциала. Изменения им-пульсации отдельных нейронов новой коры при этом могут иметь три формы. Это или длительное торможение ее (рис. 7), или тонические упорядоченные разряды, частота которых находится в пределах 1-100 в секунду, в большинстве случаев 20–40 в секунду, (рис. 5, В, Г,). Упорядоченность этих разрядов определяется устранением тормозных пауз, т. е. ослаблением тормозных гиперполяризационных процессов и послетормозной активации.

Стресс-ритм. В гиппокампе и в связанных с ним двусторонними связями структурах лимбической системы (прозрачная перегородка, маммилярные тела, антеровентральное ядро таламуса и др.) на фоне активации ЭЭГ возникает и другая форма повышения упорядоченности в распределении импульсной активности во времени, а именно, групповые разряды в стресс-ритме, 5–7/c (рис. 7).

Рис. 7. Пример торможения нейронов гиппокампа и появления упорядоченной активности в ритме тета у одного из нейронов на фоне появления этого ритма в ЭКоГ в ответ на электрокожное раздражение конечности (отмечено стрелкой). 1-запись активности нейронов, 2 – запись ЭКоГ дорзального гиппокампа тем же микроэлектродом.

Хотелось бы подчеркнуть, что в генезе стресс-ритма ТПСП не участвуют. Он возникает вследствие колебания уровня деполяризации мембранного потенциала нервных клеток под влиянием групповых разрядов из медиальных ядер прозрачной перегородки – septum pellucidum (Fujita, Sato,1964; Tombol, Petsche, 1969, Krnjevic et al., 1988). При этом необходимо иметь в виду, что в гиппокампе и в других структурах лимбической системы имеет место две формы сходной по ритму активности. Первая – это ритм в полосе тета (5–7 в сек), который существует, наряду с другими частотами, в ЭЭГ покоя. Обычно ритм покоя у животных находится в пределах 1 – 10 гц (Труш и Королькова, 1971).