Текст книги "Наталья Бехтерева – какой мы ее знали"

Наиболее крупные, опережающие мировой уровень научные достижения в познании принципов и механизмов жизнедеятельности мозга человека

На основе результатов исследования воспроизводимых изменений сверхмедленных колебаний потенциалов, локальной динамики наличного кислорода и интегрированной мультиклеточной импульсной активности нейронов в зонах коры и подкорковых структур при выполнении психологических тестов в 1970-е годы были сформулированы и развиты основные положения теории Н. П. Бехтеревой о корково-подкорковой организации мозговых систем обеспечения простых и сложных видов психической деятельности со звеньями различной степени жесткости.

Раскрыты механизмы надежности этих систем, описан мозговой аппарат детекции ошибок в качестве одного из нейрофизиологических факторов оптимизации психической деятельности (Бехтерева, Гречин,1963, 1968; Бехтерева, 1971).

В тот же период сформулированы основные положения концепции нейронных механизмов мыслительной деятельности с описанием принципов акустического и семантического кодирования мозгом вербальной информации, обеспечения ассоциативно-мнестической деятельности человека (Бехтерева, 1974–1980; Бехтерева, Бундзен, Гоголицын, 1977; Бехтерева, Гоголицин, Кропотов, Медведев, 1985).

Зарегистрировано в качестве открытия свойство нейронов подкорковых образований головного мозга человека реагировать на смысловое содержание речи и участвовать в качестве звеньев систем обеспечения мыслительной деятельности (Бехтерева и др., 1988).

Раскрыта роль подкорковых образований в организации эмоциональных реакций и сформулированы представления о мозговых механизмах развития и прекращения патологических эмоций (Бехтерева, 1980).

Представлены доказательства общности мозговых и периферических механизмов обеспечения активационных и эмоциональных состояний человека, что находило отражение в сопоставимости параметров сверхмедленных биопотенциалов, регистрируемых в глубоких структурах, коре головного мозга и на периферии, в тыльно-ладонном отведении (Грекова, 1975).

Сформулированы теоретические положения о мозговых механизмах долгосрочной памяти и концепция устойчивого патологического состояния (Бехтерева, 1974–1980).

Сформулированы и аргументированы теоретические представления о принципах организации нейрофизиологических процессов головного мозга в реализации его информационно-управляющих функций, в том числе вероятностный принцип организации, мультиформность и универсальность всех видов быстрых, медленных и сверхмедленных градуальных процессов по отношению к морфофункциональным образованиям головного мозга, висцеральным (сердце, легкое, печень, почки), коже и мышцам (Илюхина, 1977, 1986; Илюхина, Хабаева, 1984; Илюхина и др., 1986, 1995).

Установлены различия физиологической значимости сверхмедленных биопотенциалов коры и подкорковых структур мозга человека, регистрируемых в разных амплитудно-временны́х диапазонах. Разработана классификация типов спонтанной динамики СМБП в состоянии бодрствования и сна и их вызванных изменений при развитии эмоциональных реакций, в процессе выполнения психологических тестов и двигательных проб, требующих и не требующих обращения в долгосрочную память (Илюхина, 1972–1983).

Раскрыт иерархический принцип организации спонтанных и вызванных параллельно протекающих скоростных (мультиклеточная импульсная активность нейронов), медленных (ЭКоГ, ЭСКоГ, ЭЭГ, ВП) и разных видов сверхмедленных биопотенциалов, регистрируемых в зонах мозговых структур – звеньях корково-подкорковых систем обеспечения психической и двигательной деятельности (Бундзен, Илюхина и др., 1975; Илюхина, 1977).

Обнаружено свойство изменчивости уровня активации различных зон коры и подкорковых структур в широких пределах и удержания, в определенных условиях, относительно устойчивых уровней активации как основа пластичности и большой информационной емкости мозговых систем, участвующих в организации уровня бодрствования, структуры и качества реализуемой деятельности (Бехтерева, 1971; Илюхина, 1972–1990).

Раскрыты принцип селективности, интегративная и координирующая роль сверхмедленных биопотенциалов в механизмах нейрогуморального и биохимического межорганного и межсистемного взаимодействия как физиологическая основа организации простых и сложных видов приспособительного поведения (Илюхина, 1972–1986; Илюхина и др., 1981, 1983; Илюхина, Дамбинова, 2003).

Создано новое научное направление – стереотаксическая неврология, в рамках которого классифицированы эффекты диагностических и лечебных электрических стимуляций и деструкций в области глубоких структур, с анализом мозговых механизмов схемы тела, речи, психических состояний и сенсорных реакций (Смирнов, 1976).

Разработаны способы восстановления зрения и слуха с использованием контактных и чрескожных лечебных электрических стимуляций зрительных и слуховых нервов (Шандурина, 1981, 1985; Бехтерева и др., 1985).

Открыт феномен артифициальных стабильных функциональных связей (АСФС) в модуляции матриц долгосрочной памяти при устойчивых патологических состояниях головного мозга (Смирнов, Бородкин, 1975,1979). Показаны возможности активации этих связей через сенсорные входы при формировании АСФС интрацеребральным и экстрацеребральным путем, что открывало широкие перспективы использования метода АСФС в клинической практике.

В 1985 году за фундаментальные исследования в области физиологии головного мозга человека, выполненные при участии и под руководством Н. П. Бехтеревой, группе сотрудников Отдела была присуждена Государственная премия СССР.

Обобщив результаты многолетних теоретических исследований Отдела нейрофизиологии человека, Наталья Петровна определила основные вехи, обеспечившие первый прорыв в познании мозга человека в ХХ столетии, как реализацию «возможности прямой регистрации активности мозговых структур и, прежде всего, мультиклеточной импульсной активности нейронных популяций коры и подкорковых образований, открывшей путь к изучению кода мыслительных процессов» (Бехтерева, 2004).

Теоретические и прикладные исследования Отдела на десятилетия опережали разработки отечественных и зарубежных научных центров по изучению принципов и механизмов жизнедеятельности здорового и больного мозга человека.

Академик Н. П. Бехтерева разработала комплексный метод многопараметрических, нейрофизиологических исследований, реализованный в условиях длительного, прямого контакта с мозгом человека. В настоящее время он является методологической основой одного из актуальных разделов современной системно-интегративной психофизиологии. Результаты теоретических исследований с использованием этого метода открыли путь к пониманию принципов системообразования в головном мозгу, к изучению информационноуправляющих взаимодействий головного мозга и организма в формировании адаптивного поведения, структуры и качества высших психических функций здорового и больного человека.

Мне показалось возможным представить основные результаты исследований нашей лаборатории по этому направлению, так как методологические подходы и теории Н. П. Бехтеревой в области физиологии здорового и больного мозга человека являются основополагающими в становлении и развитии этого раздела наших исследований.

Основным посылом послужил автограф Натальи Петровны к подаренной мне книге «Магия мозга и лабиринты жизни».

Может быть, это слишком смело, но я поняла его как знак одобрения пути исследований, по которому идет наша лаборатория в последние годы. И еще. Плохие мы были бы ученики, если бы не сумели реализовать столь дорогую свободу выбора научного пути, который даровала нам наш Учитель – Наталья Петровна Бехтерева.

Удивительны движение научной мысли и пути ее реализации. Так, методология стереотаксической функциональной нейрохирургии, разработанная Андреем Дмитриевичем Аничковым, родилась на основе метода имплантации интрацеребральных электродов в мозг человека на длительный срок с лечебными целями.

Методология использования разработанного Н. П. Бехтеревой комплексного метода для изучения принципов и механизмов мозговой организации эмоций, памяти, мыслительной деятельности человека сформировалась на основе решения задач первостепенной клинической важности, когда комплексный метод позволил отвечать на вопросы о состоянии и физиологической активности участков мозга.

Это было очень важно для оптимизации схем диагностических и лечебных электрических воздействий на мозг через интрацеребральные электроды и решения вопроса о необходимости «выключать» или, наоборот, активизировать по клиническим показаниям участки глубоких структур головного мозга.

Итогом развития этих направлений стала созданная Н. П. Бехтеревой теория о мозговой организации психической деятельности человека корково-подкорковыми системами со звеньями различной степени жесткости и теории устойчивых патологических состояний.

Использование метода долгосрочных интрацеребральных электродов и комплексного метода физиологических исследований открыло новые пути к пониманию сущности мультиформной, иерархической организации нейрофизиологических процессов зон мозговых структур, прилегающих к рабочей поверхности интрацеребральных полумакроэлектродов (с рабочей поверхностью 0,1–0,2 мм²).

Основополагающее значение имело введение понятия зон мозговых структур как нейродинамических образований с более сложной морфофункциональной организацией по сравнению с элементами, их формирующими (нейроны, глиальные клетки, межклеточное пространство).

Зоны мозговых структур были определены как прижизненно идентифицируемые нейродинамические образования центральной нервной системы с параллельно протекающими с разными скоростями физиологическими процессами, которые объективизируют их состояние и активность как звеньев мозговых систем обеспечения любых простых и сложных видов приспособительного поведения человека (Илюхина, 1977, 1986).

С введением этого понятия появилась методологическая возможность перекинуть мост от аналитических исследований роли отдельных нервных клеток и нейронных сетей в механизмах регуляции функций и состояний ЦНС к изучению принципов системообразования в головном мозгу на интегративном уровне.

Теория Н. П. Бехтеревой (1974, 1980) о принципах корково-подкорковой организации мозговых систем обеспечения психической деятельности человека со звеньями различной степени жесткости – яркая иллюстрация перспективности выделения прижизненно индентифицируемых по параметрам нейрофизиологических процессов зон мозговых структур в качестве звеньев этих систем.

Следует подчеркнуть, что с введением понятия зон мозговых структур и обнаружением мультиформности регистрируемых в них нейрофизиологических процессов практически впервые появилось основание для определения этих зон как нейродинамических элементов, прижизненно формируемых в анатомо-морфологических образованиях головного мозга человека. По нашим представлениям, эти нейродинамические элементы можно рассматривать в качестве одного из видов прижизненно формируемых в ЦНС «функциональных органов», по А.А. Ухтомскому.

В учении о доминанте А. А. Ухтомский (1950) выдвинул идею и дал строгое определение понятия «функционального органа». Он полагал, что «с именем „органа” мы привыкли связывать представления о морфологически сложившемся, статистически постоянном образовании. Это совершенно не обязательно. Органом может быть всякое временное сочетание сил, способных осуществить определенное достижение» (Ухтомский, 1966). К числу подвижных функциональных органов А. А. Ухтомский относит доминанту, подчеркивая, что это новообразование возникает в активности индивида, взаимодействующего со средой. В этом определении понятия «функционального органа» лежат концептуальные представления о временной организации процессов жизнедеятельности, сформулированные на рубеже XIX и XX веков как об одном из фундаментальных механизмов, обеспечивающих приспособительные реакции живых систем в окружающем мире.

В учении о доминанте А. А. Ухтомский выдвигает представление о том, что «нормальное отправление функционального органа (например, нервного центра) в организме есть не предопределенное, раз и навсегда неизменное качество данного органа, но функция от его состояния» (1966).

Но если А. А. Ухтомский постулирует теоретические представления о «функциональных органах» и их состояниях, то в рамках комплексного полиметодического подхода, разработанного Н.П. Бехтеревой, появилась возможность раскрыть принципы нейродинамической организации разных по скоростям нейрофизиологических процессов в зонах мозговых структур (функциональных органах), характеризующих их состояние и физиологическую активность как звеньев мозговых систем, структурно-функциональная организация которых существенно варьирует при реализации одного и того же вида психической деятельности в различных условиях (вероятностный принцип системной организации).

Установлено, что механизм реципрокного уравновешивания уровней активации разделенных в пространстве, но функционально связанных зон мозговых структур выступает в качестве системообразующего фактора. Этот механизм обеспечивает поддержание относительной устойчивости мозговых систем в определенные интервалы времени, при возможной вариативности уровня активации в звеньях этих систем (Илюхина, 2004). В исследованиях принципов мультиформной организации нейрофизиологических процессов зон мозговых структур было выявлено отсутствие жестко закрепленных, свойственных конкретным зонам коры и подкорковых структур головного мозга характеристик мультиклеточной импульсной активности нейронов, электрокортикои субкортикограммы, сверхмедленных биопотенциалов.

Установлено, что все известные к настоящему времени виды динамики биопотенциалов с определенной долей вероятности обнаруживаются в различных зонах коры и подкорковых образований, что дает основание считать их универсальными по отношению к анатомо-морфологическим структурам мозга и динамически формируемыми в разных условиях (Илюхина, 1977).

Обнаружено, что в каждый интервал времени при спокойном бодрствовании человека, во сне, при реализации любых видов деятельности состояния головного мозга характеризуются вполне определенным (организованным во времени и пространстве) соотношением динамики разных по амплитудно-временны́м параметрам нейрофизиологических процессов, одновременно регистрируемых во многих зонах мозговых образований.

На основании изучения вариативности суточной, многодневной и многомесячной динамики уровней активации звеньев систем по ходу лечебного процесса обнаружены значительные и сходные для разных зон, по-видимому, генетически детерминированные, онтогенетически сформированные и модифицируемые болезнью границы вариативности возможных состояний и, тесно связанных с этими состояниями особенностей физиологической активности зон мозговых структур в качестве звеньев систем обеспечения психической и двигательной деятельности, ком-пенсаторно-приспособительных функций и состояний организма (Илюхина, 1975–1982).

Установлено, что мультиформная волновая организация звеньев мозговых систем находится в сложно организованных во времени и пространстве причинно-следственных взаимодействиях с другими, вблизи и дистантно расположенными, «функциональными органами», формируя мозговые системы обеспечения полезного результата деятельности (Анохин, 1968). При этом качество полезного результата деятельности определяется степенью пластичности сопряженных механизмов сверхмедленной, медленной и скоростной регуляции уровней активации и физиологической активности зон мозговых структур – потенциальных звеньев корково-подкорковых систем обеспечения конкретных видов деятельности (Илюхина, 1986, 1990, 2003).

Соподчиненность и относительная независимость разных по скоростям нейрофизиологических процессов в зонах мозговых структур, возможность вариативности их состояния и физиологической активности в широких пределах, вероятностный принцип нейродинамической организации корково-подкорковых систем обеспечения любых простых и сложных видов приспособительной деятельности в изменяющихся условиях внешней и внутренней среды легли в основу сформулированных нами теоретических представлений о головном мозге как «плавающей», многоконтурной, нейродинамической супрасистеме с многоуровневым, иерархическим принципом организации разных по скоростям физиологических процессов в механизмах регуляции функциональных состояний и познавательной деятельности человека (Илюхина, 1986, 1990, 2004).

Выдвинутые представления согласуются с основными положениями теории Н. П. Бехтеревой о многозвеньевом, принципе структурно-функциональной организации мозговых систем обеспечения психических и двигательных функций и теории устойчивых патологических состояний.

Принцип жизнедеятельности головного мозга как «плавающей», многоконтурной, нейродинамической супрасистемы позволяет достаточно хорошо объяснить:

• существование потенциальной избыточности возможных структурно-функциональных модификаций различных видов нейродинамики;

• пластичность и помехозащищенность информационноуправляющих функций головного мозга: а) в отношении других систем организма; б) в организации взаимодействия организма с внешней средой; в) в обеспечении многообразия форм и качества приспособительного поведения;

• динамичность структурно-функциональной организации мозговых систем обеспечения одних и тех же видов психической и двигательной деятельности и тесно связанные с этим особенности структуры и качества реализуемой деятельности у одного лица в разных условиях;

• вероятностность эффектов диагностических и лечебных интрацеребральных и транскраниальных электрических воздействий у одного и того же больного в разные дни;

• неоднородность эффектов одинаковых доз одного и того же фармакологического препарата при приеме его пациентом в разные дни и часы.

Сформулированные представления о принципах жизнедеятельности головного мозга человека как «плавающей», многоконтурной, нейродинамической супрасистемы с многоуровневым, иерархическим принципом организации разных по скоростям информационно-управляющих систем в механизмах регуляции функциональных состояний и познавательной деятельности человека позволяют конкретизировать физиологические основы формирования нормальных и патологических доминант разного уровня (по А. А. Ухтомскому), определяющих структуру и качество приспособительного поведения человека в изменяющихся условиях внутренней среды организма и внешней среды.

Преемственность в развитии фундаментальных исследований академика Н. П. Бехтеревой и ее школы в Институте мозга человека

Создание Института мозга человека Российсой академии наук (1990) на основе объединения Отдела нейрофизиологии человека ИЭМ (руководитель академик Н. П. Бехтерева) и Отдела позитронно-эмиссионной томографии Института эволюционной физиологии РАН (руководитель С. В. Медведев) стало отправной вехой во втором прорыве исследований ХХ века в области физиологии мозга человека.

Наталья Петровна обозначила этот прорыв как переход на принципиально новый уровень познания механизмов жизнедеятельности мозга человека. При «истинно полиметодической организации исследований с использованием возможности позитронно-эмиссионной томографии и обновленных новыми приемами анализа нейрофизиологических методов исследования принципов и механизмов важнейших, присущих человеку, высших психических функций, включая когнитивные функции и творчество при различных стратегиях их реализации» (Бехтерева, 2004. – С. 10).

Осуществление мечты Натальи Петровны – создание Института мозга человека, где можно было реализовать следующий прорыв в познании такого галактического объекта, каким является мозг человека, совпало с трудными временами в стране. Но и не только с этим.

С одной стороны, было получено решение Совета Министров РФ о создании Центра «Мозг» в составе Института мозга человека РАН и клиники Министерства здравоохранения РФ. С другой стороны, академику Н. П. Бехтеревой, научному руководителю Института мозга человека и его директору С. В. Медведеву пришлось преодолеть характерную для периода перестройки активизацию деструктивных сил, препятствующих созданию Института.

Основной жизненный принцип академика Н. П. Бехтеревой – никогда не борись «против», а борись только «за» – помог Институту активно работать в эти трудные и в последующие годы. Время летит быстро. Совсем скоро Институт мозга человека РАН встретит свое двадцатилетие.

В научных лабораториях Института мозга человека РАН получает дальнейшее развитие и обогащение новыми фактами и гипотезами учение академика Н. П. Бехтеревой о мозге человека, принципах и механизмах его жизнедеятельности, сформулированное по результатам прямого контакта с корой и подкорковыми структурами головного мозга человека, при использовании комплексного метода нейрофизиологических исследований.

Обобщая опыт первого десятилетия научных исследований, директор Института мозга человека РАН, членкорреспондент РАН Святослав Всеволодович Медведев (2000) раскрыл возможности интеграции новейших ПЭТ технологий и классических нейрофизиологических исследований в создании мозговых карт: а) обеспечения речи (включая звуковые, смысловые и грамматические характеристики слов); б) особенностей организации эмоциональных реакций и вербального творчества (Бехтерева, Медведев, Воробъев, Ключарев, Данько, Старченко, Шемякина и др.). Получают новый виток развития исследования мозговых механизмов детекции ошибок (Бехтерева, Медведев и др., 1991–2008).

Как отметила академик Н. П. Бехтерева в статье «О научной школе» (2004), в связи с новым техническим уровнем исследований в Институте решаются такие задачи, как теоретическое обоснование и практическое применение возможностей стереотаксической нейрохирургии в лечении обсцессивно-компульсивного синдрома и, в частности, наиболее тяжелой формы – героиновой наркомании. Развиваются представления о том, что «неотмываемая» психическая зависимость при наркоманиях связана с превращением, по крайней мере, ряда детекторов ошибок в детерминаторы ошибок с формированием и поддержанием на этой основе устойчивого патологического состояния (Медведев и др., 2003). Разрушение этого патологического состояния достигается точечным замораживанием в передней части цингулярной извилины (поля Бродмана 24–32).

Учение академика Н. П. Бехтеревой о мозге человека, принципах и механизмах его жизнедеятельности получает дальнейшее развитие в исследованиях мозговых механизмов: процессов внимания (Кропотов и др., 1997–2008); измененных состояний сознания (Спивак, 1988; Спивак, Спивак, 1996; Спивак, 2000); изучении мозговых механизмов регуляции нормальных и патологических функциональных состояний, структуры и качества познавательной деятельности при использовании интегральных, взаимодополняющих, психологических и физиологических методов (Илюхина, 1990–2008).

На основе разработанного системно-интегративного психофизиологического подхода раскрыты мозговые механизмы:

а) задержки нервно-психического развития при последствиях преи перинатального поражения ЦНС гипоксическиишемического генеза у детей дошкольного возраста (Илюхина, Кривощапова, Матвеев, Соколов, Шаптилей, 2002–2008);

б) трудностей школьного обучения у подростков с церебральными функциональными нарушениями различной этиологии (Илюхина и др., 2002–2006; Чернышева, Илюхина, 2007).

Теоретически обоснованы и применяются на практике способы коррекции нарушений развития высших психических функций и речи у детей разных возрастных групп с использованием метода транскраниальных микрополяризаций – защищен патентом РФ (Илюхина и др., 2002–2008).

Накоплен большой опыт применения метода биологической обратной связи и транскраниальных микрополяризаций у детей с дефицитом внимания и гиперактивностью (Кропотов, Чутко и др., 2001–2008).

Под редакцией академика Н. П. Бехтеревой вышла книга «Лечебная электрическая стимуляция мозга и нервов человека» (2008), в которой обобщены накопленные знания о механизмах контактных (через интрацеребральные электроды) и транскраниальных лечебных электрических воздействий (лечебных электрических стимуляций, микрополяризаций), эффективно используемых при лечении целого ряда хронических заболеваний, в том числе паркинсонизма, эпилепсии, фантомно-болевого синдрома, болезни Вильсона-Коновалова, травматических повреждений спинного мозга, атрофии зрительных нервов.

Эти разработки Наталья Петровна с сотрудниками начала еще в 1960–1970-е годы, и только теперь, в начале XXI века, в других странах активизировались исследования по использованию в клинике лечебных электрических стимуляций мозговых структур при нервно-психических заболеваниях.

В современных международных центрах для оценки лечебных эффектов интрацеребральной и транскраниальной электрической стимуляции широко используются современные методы нейровизуализации и биохимических исследований и, в меньшей степени, нейрофизиологические методы (преимущественно монометодические, с регистрацией вызванных потенциалов или ЭЭГ).

Несмотря на то что в настоящее время появились самые современные методы нейровизуализации, до сих пор сохраняется уникальность разработанного академиком Н. П. Бехтеревой комплексного метода многопараметрических нейрофизиологических исследований в условиях длительного и прямого контакта с мозговыми структурами. Применение в клинике этого метода позволяет осуществлять динамический контроль процессов жизнедеятельности и регуляторных функций головного мозга при диагностических и лечебных электрических воздействий, что дает возможность оптимизировать схемы и режимы проводимой терапии, повысить ее эффективность.

Современные технико-методические возможности Института мозга человека РАН позволяют использовать методологические основы комплексного метода, разработанного академиком Н. П. Бехтеревой, в условиях регистрации с поверхности головы практически всех видов градуальных нейрофизиологических процессов в частотной полосе от 0 до десятков Гц (за исключением импульсной активности нейронов).

Полиметодическая организации исследований с использованием разных по амплитудно-временны́м параметрам физиологических процессов, регистрируемых с поверхности головы в корковых проекциях основных интегративных центров – лобной, височной и теменной коры, создает методологическую основу для перехода от изучения принципов системообразования в головном мозгу (в условиях прямого контакта с корой и подкорковыми структурами) к исследованию принципов межсистемной интеграции в состоянии покоя и в процессе реализации любых видов психической деятельности.

Использование этого подхода обеспечивает возможность:

а) объективизации параметров уровня активации исследуемых мозговых систем, степени интеграции или дезинтеграции межсистемных взаимоотношений в различных функциональных состояниях человека;

б) определения особенностей включения этих систем в реализуемую психическую деятельность при использовании нейрофизиологического «языка», адекватного виду деятельности.

При этом принципиальное значение приобретает выбор соизмеримых физиологическому «языку» мозга, взаимодополняющих психологических методик оценки структуры и качества реализуемой деятельности.

Это направление исследований в сочетании с ПЭТ-технологиями активно разрабатывается в Институте мозга человека РАН и дает новый импульс в развитии современной системно-интегративной психофизиологии функциональных состояний и высших психических функций человека, включая процессы познания и творчества.