/
Автор: Батуев А.С.
Теги: нервная система органы чувств биология физиология анатомия анатомия человека
Год: 1984
Текст
Печатается по постановлению
Редакционно-издательского совета
Ленинградского университета
УДК 612.825.57
Батуев Л. С- Нейрофизиология коры головного мозга: Модульный прин-
цип организации. Курс лекций. — Л.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1984.—216 с.
В учебном пособии на основе курса лекций, читаемого автором на биолого-
почвенном факультете Ленинградского университета, излагаются основные све-
дения по микро- и макроструктуре высшего отдела головного мозга — коры
больших полушарий. Дается характеристика клеточного и субклеточного уров-
ней, электрических и химических м&ханизмов взаимодействия нейронов, зако-
номерностей созревания коры мозга в индивидуальном развитии организма, роли
коры головного мозга в приеме и переработке сенсорной информации, прог-
раммировании и организации целенаправленных двигательных актов. Аналогичных
учебных пособий в отечественной литературе нет.
Пособие предназначено для студентов биологических, философских и психо-
логических факультетов университетов.
Библиогр. 43 назв. Ил. 89. Табл. 2.
Рецензенты: д-р мед. наук В. Л. Силаков (Ин-т эксперим. медицины
АМН СССР), д-р биол. наук А. Д. Ноздрачев (Ленингр.
ун-т)
^.2007020000—156
076(02)—84
© Издательство
Ленинградского
университета, 1984 г.
Предисловие
Предлагаемое вниманию читателей учебное пособие «Нейрофизиология коры
головного мозга» построено на основе лекционнбго курса, читаемого в Ле-
нинградском университете для студентов старших курсов, стажеров н аспиран-
тов. В книге излагаются как литературные сведения, так и оригиналь-
ные данные, полученные в лабораториях Физиологического научно-исследова-
тельского института им. Ухтомского ЛГУ, где в течение многих лет систе-
матически изучается структура и функция коры головного мозга. На примере
детального исследования сенсомоторной корковой области излагаются общие
закономерности нейрофизиологии коры мозга, в основу которых положен прин
цип модульной ее организации и функционирования.
Книга состоит из шести глав. В первой главе излагается конструкция
коркового нейронного модуля на основе сочетания методов электронной микро
скопии, импрегнации и гистохимических приемов маркирования нейронов. Во вто
рой главе рассматриваются факты о функционировании коркового модуля н его
взаимоотношений с соседними модулями, механизмы формирования более обшир
ных функциональных внутрикорковых объединений. В третьей главе излагают
ся фактические данные по внутриклеточному анализу биопотенциалов идентифици-
рованных нейронов, эффектам микроионофоретнческой аппликации биологически
активных веществ и нх антагонистов, рассматриваются механизмы внутрикор-
кового торможения как основы пластичности корковых модулей в составе обшир-
ных объединений. Четвертая глава посвящена изучению дииамнкн созревания
модульной конструкции неокортекса в ходе постнатального онтогенеза, основных
этапов созревания коры и сенсорной специализации ее модулей. В пятой главе
рассматривается корковый модуль как элементарная единица сенсомоторной инте-
грации, в пределах которого осуществляется селективный прием сигнально-значи-
мой информации для организации направленного эфферентного выхода, конверги-
рующего на исполнительных элементах мозга. Наконец, -шестая глава—это
обобщение некоторых результатов исследования корковых механизмов обучения
и кратковременной памяти со специальной оценкой роли тормозных интернейро-
нов и механизмов внутрикорковой реверберации импульсных потоков в замк-
нутых нейронных ловушках. Рассматриваются динамические констелляции нейрон-
ных модулей на разных этапах осуществления поведенческого акта как фи-
зиологическая основа реализации принципа доминанты А. А. Ухтомского. В заклю-
чении излагается гипотеза о возможных механизмах сборки корковых моду-
лей, вовлекаемых в сложные рабочие констелляции.
В книге читатель встретится с современным, но лишь одним нз возможных
подходов к пониманию деятельности мозга, что совершенно не исключает и иные
экспериментальные и теоретические поиски. Рекомендуемая литература — это тот
небольшой перечень книг, знакомство с которым будет полезно для более углуб-
ленного изучения предмета нейрофизиологии мозга,
Книга может быть рекомендована не только биологам-физиологам, но также
психологам и философам, которым читаются лекции по нейрофизиологии поведе-
ния, студентам и начинающим специалистам технического профиля, интересую
щимся проблемами моделирования нейронных конструкций.
3
Введение
Проблема исключительной роли коры головного мозга в ор-
ганизации сложных форм, высшей нервной (психической) деятель-
ности организма хотя и имеет длительную историю, но про-
должает оставаться в центре внимания многих специалистов-
нейрофизиологов и психологов. К тому имеются основания, наибо-
лее принципиальные из которых мы и выделим.
Во-первых, значительную эволюцию претерпела идея моно-
польного участия коры больших полушарий в формировании
сложных форм поведения, в том числе и условных рефлексов.
Вместе с тем накопилось достаточно аргументов для принятия
положения о коре мозга как о высшем уровне различных таламо-
кортикальных систем, деятельность которых осуществляется в не-
разрывном единстве с глубоко расположенными мозговыми обра-
зованиями и прежде всего таламусом, лимбической системой,
стриопаллидарной системой и мозжечком.
Во-вторых, на новом уровне знаний нет оснований для тези-
са о локализации функций в коре головного мозга, ибо, исходя из
вышесказанного, уже нельзя изолированно рассматривать кору
мозга от тесно связанных с нею других структур, тем более
что вся методология современного естествознания приводит нас к
выводу о системном и дистрибутивном характере мозгового обеспе-
чения высших форм поведения. Поэтому проблема представляет-
ся сегодня в несколько ином свете, а именно — в изучении
тех специфических механизмов и операций, которые присущи
только коре головного мозга, со специальным подчеркиванием
общих закономерностей и тех региональных особенностей, кото-
рые определяются топографическим различием корковых зон.
Вряд ли мы будем далеки от истины, если скажем, что основное
направление исследовательских поисков сегодняшнего дня обра-
щено к задаче выявления именно общих, принципиальных меха-
низмов, присущих коре головного мозга безотносительно к ее
региональным различиям, но достоверно отличны*х от процессов
в глубоких структурах мозга.
4
В-третьих, технический арсенал исследовательских возмож-
ностей сегодняшней нейроморфологии и нейрофизиологии позво-
лил создать предпосылки для изучения внутренней микрооргани-
зации коры мозга. Примечательно, что первый период изуче-
ния коры в данном направлении характеризовался практически
независимыми поисками нейроморфологов и нейрофизиологов, и
при этом казалось справедливым, что внутренняя организация
коры мозга отвечает вероятностно-статистическому принципу свя-
зей. Однако использование различных приемов морфофизиоло-
гического анализа с одновременной идентификацией корковых
элементов все более настойчиво привносило сведения об упорядо-
ченности кортикальной организации не только в плане модаль-
ных различий, определяемых топографией проекций таламических
образований, но и тех связей между собственно кортикальными
элементами, которые обеспечивают выполнение внутрикортикаль-
ных операций.
В-четвертых, знаменательным для современной физиологии
мозга является тот факт, что все большее внимание исследо-
вателей обращается к процессам внутрикортикального торможе-
ния, которые играют существенную роль как в организации
сенсорных входов и взаимодействия корковых нейронов, так
и формирования кортико-фугальных выходов. Существенна струк-
турная классификация корковых тормозных интернейронов, их
связей с эфферентными пирамидными клетками, оценка эргич-
ности их синаптических влияний в сочетании с нейромодуля-
торами и нейропептидами тормозного действия. Внутрикортикаль-
ное торможение рассматривается в качестве фактора, опреде-
ляющего тонкую динамику корковой организации.
В-пятых, решение многих задач нейрофизиологии мозга ока-
залось невозможным без строгого анализа ее сенсорных вхо-
дов и моторных выходов. Стало ясно, что далеко не вся ин-
формация, поступающая на вход сенсорной системы, достигает
коры мозга, ее специфических сенсорных полей. Более того, в зна-
чительно интегрированном виде информация направляется к выс-
шим ассоциативным полям неокортекса, чтобы быть использо-
ванной для формирования биологически адекватных кортикальных
влияний к различным исполнительным системам головного и
спинного мозга. В строгом смысле слова процессы, происхо-
дящие в любом кортикальном образовании, направлены к задаче
выполнения сенсомоторной интеграции.
В-шестых, наряду с выявлением относительно стабильных
внутрикорковых отношений важное значение придается иссле-
дованию тонких пластических перестроек, возникающих в коре
больших полушарий бодрствующего животного в процессе выпол-
нения определенной поведенческой задачи. Такой подход поз-
воляет приблизиться к пониманию тех операций, которые вы-
полняются различными корковыми отделами применительно к ра-
боте целостного мозга. Пластические перестройки нейрональной
5
активности неокортекса в динамике обучения, закрепление сле-
дов в краткосрочной памяти в сравнении с изменениями актив-
ности нейронов глубоких структур мозга позволяют оценить удель-
ную роль корковых формаций в реализации таких сложных
форм деятельности мозга, как формирование программ целе-
направленных актов.
Выделенные нами факторы, конечно, не являются исчерпываю-
щими, но служат весомым основанием для формирования са-
мостоятельного научного направления — нейрофизиологии коры
головного мозга, которая может рассматриваться в качестве
фундамента для анализа мозгового обеспечения сложных форм
высшей нервной деятельности.
Глава 1
КОРКОВЫЙ НЕЙРОННЫЙ МОДУЛЬ
(структурные аспекты)
В изучении структурно-функциональной организации коры
мозга все отчетливее обнаруживается тенденция к поискам опре-
деленной упорядоченности межнейрональных отношений. Попыт-
ка сопоставить функциональные свойства различных полей неокор-
текса лишь с их цитоархитектоническими особенностями не при-
вела к ожидаемым результатам. Оказалось, что объяснить спе-
цифическую деятельность мозга, исходя из строения цитоархитек-
тонического поля коры, весьма трудно. Продолжающиеся поиски
привели к необходимости учитывать всю систему связей той или
иной корковой зоны и прежде, всего особенность распределения
проекционных путей из ядер таламуса. Однако, как бы тща-
тельно не описывались тал амо-кортикальные входы, эта система
знаний еще не способна объяснить те внутренние механизмы,
которые присущи коре как самостоятельному отделу мозга.
1.1. КОЛОНЧАТАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ КОРЫ
Наиболее перспективными явились исследования по выявле-
нию закономерностей внутренних связей между корковыми клет-
ками. Наряду с горизонтальными связями в пределах одного
слоя были обнаружены связи по вертикали между слоями. На ра-
диальное расположение нейронов обратил внимание еще фон
Экономо, которому принадлежит термин «колонка» применитель-
но к корковой организации. Позже при использовании мето-
да ретроградного транспорта было установлено, что у кошек
кортико-спинальные нейроны располагаются гнездами по 5—10
клеток на участке среза 300—500 мкм. Этот же принцип оказал-
ся справедливым для организации каллозальных и ассоциатив-
ных кортико-кортикальных проекций, выходы и входы которых
образовывают радиальные колонки. Характерной чертой любой
кортикальной колонки явились организованные в пучки таламо-
кортикальные волокна и пучки апикальных дендритов пирамид-
ных нейронов. Создавалось впечатление, что горизонтальная сло-
7
истость коры определяется клеточными мишенями, на которые
проецируются выходящие волокна; вертикальная организация
колонки задается спецификой афферентного входа, а нейроны
внутри колонки переключают входящую в слой IV таламо-кор-
тикальную импульсацию и распространяют ее в вертикальном
направлении. Используя метод Ф. Ниссля, С. Экономо и Дж. Кос-
кинас в 1925 г. обнаружили, что гигантские пирамидные клетки
Беца в слое I сенсомоторной коры группируются в гнезда по
три и более клеток, регулярный интервал между такими гнездами
равен в среднем 380±50 мкм. Лоренте де Но в 1937 г. с по-
мощью импрегнационных методов показал, что оперативной едини-
цей коры является вертикально организованная группа клеток,
теснее связанных вдоль вертикальной оси, чем по горизонтали.
В. Маунткасл в 1957 г. отмечал, что соматосенсорная кора
кошек организована в «элементарные функциональные едини-
цы» — колонки клеток, ориентированные перпендикулярно по-
верхности коры и вовлекающие все клеточные слои. Диаметр
вертикальной колонки, по его мнению, составляет 500 мкм, а все
нейроны, входящие в нее, обладают одинаковыми свойствами.
Выдвинутая им гипотеза колончатой организ а ц и и
неокортекса получила широкое распространение и была
подтверждена применительно к затылочной, височной, моторной
и другим корковым зонам. Напомним основные принципы этой
гипотезы:
1) все нейлоны колонки отвечают на одну и ту же модальность
стимуляции;
2) все нейроны имеют почти одинаковые периферические рецеп-
тивные поля;
3) на периферическую стимуляцию все нейроны отвечают
с одинаковым латентным периодом;
4) колонки нейронов, отвечающие на различные модальности
стимуляции, пространственно разнесены;
5) активация одной колонки вызывает торможение соседних
колонок.
Развивая свою гипотезу колончатой организации неокортекса,
В. Маунткасл частично изменил некоторые свои прежние поло-
жения. В своих последних работах он пишет, что каждая колон-
ка или модуль могут представлять собой локальную нервную
цепь, которая обрабатывает информацию, передает ее со своего
входа на выход и при этом подвергает ее трансформации, опре-
деляемой общими свойствами структуры й ее внешними свя-
зями. В активности такой колонки могут отражаться несколько
переменных признаков сигналов, распределенных на двумерной
ма!рице. Между упорядоченными группами колонок в коре и под-
корковых структурах существуют специфические связи и топологи-
ческие отношения. Причем признаки, по которым происходит
идентификация колонок и групп колонок, для разных облас-
тей коры могут различаться. Колончатость строения коры допус-
8
кает частичное перекрытие афферентации топографически близ-
ких рецептивных полей на периферии. Дивергенция выходов
одной колонки обеспечивает селективную обработку определен-
ных параметров конвергирующих входных сигналов той же ко-
лонки.
Основной единицей коры мозга В. Маунткасл считает мини-
колонку, представляющую собой вертикальный цилиндр диамет-
ром около 30 мкм и содержащую около 110 клеток. Более
крупное объединение — макроколонка диаметром от 500 до 1000
мкм содержит несколько сот миниколонок. Применительно к зри-
тельной коре, например, одна миниколонка служит единицей
картирования параметра ориентационной специфичности в каж-
дой доминантной по глазу половине пары, составляющей макро-
колонку стриарной коры. Благодаря интрамодульным связям
(многочисленным избирательным и специфичным) возникают бо-
лее обширные объединения нескольких структур мозга, назван-
ные распределенными системами. Последние состоят из множества
модульных элементов, связанных между собой в «эшелониро-
ванные» параллельные и последовательные объединения со мно-
гими входами и выходами. Функция распределенной системы
не локализуется ни в одной из ее частей, она представляет
собой динамическую активность самой системы как таковой.
Итак, казалось бы, наличие колонок в коре получает стро-
гое функциональное объяснение, которое может быть исполь-
зовано для рассмотрения корковых механизмов и сенсорной диск-
риминации и коркового контроля произвольных движений.
Однако некоторые факторы заставляют внести существенные
коррективы в наше представление о конструкции коры, которое
сложилось за многие годы развития так называемой топог-
рафической гипотезы. Согласно этой гипотезе сенсор-
ное картирование на поверхности коры обеспечивается строго
по топографическому принципу. Например, применительно к сома-
тической сенсорной системе — это так называемый гомункулюс,
который впервые описан У. Пенфилдом и И. Расмуссеном и
представляет собой несколько искаженное изображение челове-
ческого тела, наложенное на поверхность соматосенсорной коры.
Между топографической и колончатой гипотезами существуют
противоречия относительно модальной специфичности, подобия
рецептивных полей, сходства латентных периодов, а также по не-
возможности различения границ колонок. Отмечается, что если
колонкообразные структуры и существуют, то их трудно опре-
делить нейрофизиологическими методами. Противоречивость тео-
ретических концепций усиливается благодаря терминологической
путанице, что произошло и с «колончатой» гипотезой, которая
базировалась на ряде постулатов, не подтвердившихся современ-
ными исследованиями. Употребление терминов «колонка», «ци-
линдр», «пул», «ансамбль» и других, без разъяснения того, какое
содержание вкладывается автором, не дает возможности срав-
9
нивать разные исследования корковой организации. Тем не менее
концепция модульной организации неокортекса, которая более
строго обоснована морфологическими наблюдениями, принимает-
ся многими авторами. Если физиологические трактовки корко-
вых колонок как самостоятельных дискретных функциональных
единиц коры вызывают сомнения или возражения, то функцио-
нальная роль структурных корковых модулей еще ждет своей
расшифровки.
Кроме того, колончатая гипотеза недостаточно учитывает нали-
чия широкой конвергенции к одному и тому же корковому ней-
рону афферентных влияний различных модальностей и субмодаль-
ностей. Исследования на бодрствующих животных показали, что
процент мономодальных узкоспецифичных корковых нейронов
весьма незначителен. Этого и следовало ожидать, если принять
во внимание множество аппаратов докорковой интеграции. Однако
при этом нельзя исключить случаев выраженной функциональной
специализации и структурной дифференциации корковых нейронов
той или иной сенсорной сферы. Например, в соматосенсорной
коре грызунов описаны выраженные структурные объединения
типа бочонков с их высокой специализацией при иннервации
вибрисс. Как правило, в коре млекопитающих мы имеем дело
с сенсорной интеграцией высшего порядка, и поиски однознач-
ной связи структурных единиц — корковых модулей и актов сен-
сорной дискриминации должны проводиться, по крайней мере,
с большой осторожностью.
Несмотря на расхождения исследователей в оценке количест-
венных структурных или функциональных параметров, а иногда
и в понимании физиологической роли корковых модулей, модуль-
ный принцип организации неокортекса следует признать весьма
перспективным и наиболее обоснованным открытием последних
десятилетий.
Поэтому нельзя не согласиться с В. Маунткаслом, что «главная
задача, которую нужно разрешить, чтобы понять функцию новой
коры и, следовательно, большого мозга, состоит в раскрытии
внутренней структуры и функциональной организации неокорти-
кального модуля» [Маунткасл, Эдельман, 1981, с. 25, курс. мой. —
А. 5.].
1.2. КОНСТРУКЦИЯ КОРКОВОГО МОДУЛЯ
И ДЕНДРИТНЫХ ПУЧКОВ
Вертикальные цилиндрические нейронные объединения, с на-
шей точки зрения, удобнее всего именовать структурными кор-
ковыми модулями, принимая во внимание, что унитарный ответ
группы кортикальных нейронов может иметь место только при
условии их объединения в единую систему. Это последнее осо-
бенно четко прослеживается при изучении тонкой организации
сенсомоторной коры, представляющей собой интегративный аппа-
ю
рат с множеством афферентных входов н ограниченным числом
выходов — кортикальная шеррингтоновская воронка. В сенсомо-
торной коре кошки описаны скопления пирамидных нейронов
III—VI слоев. Причем центральное положение занимают гигант-
ские пирамидные клетки, вокруг них располагаются 2—3 крупные
или средние пирамиды, дендриты которых идут пучком, при-
ближаясь друг к другу по мере удаления от тела клетки (рис. 1.1.).
Рис. 1.1. Принципиальная схема структурного модуля сенсомоторной коры,
имеющего форму цилиндра (по Батуеву и Бабминдре).
I кортико спинальные клетки (быстрые и медленные) на уровне слоев V и VI. 2 — кортн-
ко-рубральные клетки на уровне слоя III; 3 — возвратная коллатераль аксона, обеспечивающая об-
легчающие влияния в пределах модуля; 4—возвратная коллатераль аксона, вступающая в кон-
такт с тормозным интернейроном; 5 — пучок аксонов, выходящий за пределы колонки; 6 аффе-
рентный вход, контактирующий с интернейроном, 7 — афферентный вход, образующий, кроме тото,
терминали на Пирамидных нейронах, 5 интернейрон.
Основанием для выделения из всей массы нейронов какой
либо группы послужило прежде всего гнездное расположение
клеток, чаще всего представляющее собой объединение из 5—6
нейронов. Иногда наблюдаются плотные прилегания мембран
Н
двух рядом лежащих пирамид. Расстояние между отдельными
клеточными группами колеблется и варьирует в пределах
50—60 мкм. Взаимопроникновение дендритов из одного модуля
в другой, несомненно, облегчает формирование синаптических
контактов с одним и тем же афферентным волокном и таким
образом способствует объединению этих групп нейронов в бо-
лее крупную целостную систему. Таким образом объединение
корковых нейронов, имеющее форму вертикальных цилиндров,
способное к относительно автономной деятельности, снабженное
афферентными входами и определенной системой внутрикорковых
межнейронных связей, включая тормозные интернейроны, а также
эфферентными выходами, осуществляемыми через группу пира-
мидных клеток, будем называть структурным корковым
модулем. Отмечающиеся нами структурные модули составле-
ны из пирамидных клеток среднего и большого размера. В слое
V нейроны в модулях располагаются либо в одной плоскости,
либо уступами друг над другом, либо цепочкой по вертикали.
Одним из наиболее простых объединений нейронов по верти-
кали является группа, состоящая из пирамидных клеток разных
слоев, образующих межнейронные связи в радиальном направле-
нии, и из звездчатых клеток, аксоны которых также ветвятся
в вертикальном направлении. Ими могут быть как возбуждающие,
так и тормозные интернейроны. Назовем подобное объединение
микромодулем. Горизонтальное ветвление аксонов специ-
фических таламо-кортикальных афферентов, апикальных дендри-
тов пирамидных клеток, их аксонных коллатералей, аксонов звезд-
чатых нейронов формируют более крупные нейронные объеди-
нения, состоящие из нескольких различных микромодулей и имею-
щие размер 300—600 мкм. Такие объединения построены в зна-
чительной мере на функциональной основе, носят динамический
характер и именуются функциональными корковыми
модулями (рис. 1.2).
Одним из существенных факторов объединения разных ти-
пов пирамидных клеток являются вертикально ориентированные
пучки апикальных дендритов, расстояние между которыми равно
в среднем 50 мкм. Дендриты, входящие в состав пучков, берут
начало от гнезда средних и крупных пирамид, по мере прибли-
жения к плексиморфному слою сближаются, и если их прок-
симальные участки отстоят на расстояние не более 5—10 мкм,
то дистальные нередко прямо контактируют между собой. По-
скольку вид пучка дендритов одинаков на взаимно перпенди-
кулярных вертикальных срезах коры, можно полагать, что они
имеют форму цилиндров, диаметр которых лишь несколько увели-
чивается в верхних слоях коры.
В схематическом изображении дендритный пучок представля-
ется в виде микросистемы, предназначенной, по-видимому, для
синхронной работы вертикально организованного объединения
12
нейронов, в состав которого входят различные корковые эфферент-
ные нейроны и интернейроны.
Электронномикроскопический анализ взаимоотношений денд-
ритов в пучках показал, что соседние дендриты иногда могут
быть отделены друг от друга нейропильной массой, но в то
300-600 мкм
Рис. 1.2. Схема взаимоотношений модулей и микромодулей в коре мозга низших
приматов, основанная на виутрикорковом торможении (по Батуеву и Демьяненко).
100—150 мкм — диаметр микро,модулей; 300—600 мкм — диаметр модулей Показаны три раз-
новидности звездчатых корзинчатых нейронов: / — с вертикальным; 2— с горизонтальным; 3— с вер-
тикально-горизон! эльным ветвлением аксонов.
же время в пучке может быть множество случаев теснейшего
анатомического контакта стволов рядом расположенных дендри-
тов (рис. 1.3). Иногда они отделяются друг от друга на зна-
чительном расстоянии только двумя мембранами. В ряде случаев
между соседними дендритами наблюдались контакты типа дес-
13
мосом с соответствующим симметричным осмиофильным утолще-
нием мембран. Последнее свидетельствует о возможности сущест-
вования в пределах дендритного пучка электротонических, а быть
может, и ионообменных взаимоотношений, имеющих важное зна-
чение для синхронизации работы комплекса нейронных элементов.
Дальнейшие исследования установили существование в пре-
делах дендритного пучка как таламо-кортикальных, так и интра-
и транскортикальных афферентов, причем нередко аксональная
терминаль устанавливает синаптические контакты с двумя и тремя
соседними дендритами. С помощью электронной микроскопии
выявлено множество аксональных входов, оканчивающихся на
сомадендритной мембране одного и того же нейрона. Причем ка-
сательные синапсы встречались во много раз чаще, чем кон-
цевые. Наряду с аксо-дендритическими отмечено большое число
аксо-шипиковых контактов. Основная масса проекционных аффе-
рентов и аксонов внутрикорковых клеток контактирует с базаль-
ными и апикальными дендритами пирамид. Вышесказанное может
рассматриваться как структурная предпосылка для конвергенции
множества пространственно разнесенных входов к одному нейро-
Таким образом, объедине-
ние нейронов по вертикали в
форме колонки или цилиндра
рассматривается в качестве
структурного нейронного моду-
ля. Последний характеризуется
Рис. 1.3. Схема тонкой структуры денд-
ритного пучка в сенсомоторной коре
мозга кошек (по Батуеву и Бабмиидре).
/ - стволы апикальных дендритов, снабженные
шипнками; 2 — восходящие и нисходящие аксоны,
3 — аксоны, идущие в поперечном пучку направ-
лении; 4 — дендритные контакты одного аксона
с шнликами трех соседних дендритов; 5 то же
с телом одного и шнпиком другого дендрита; 6
касательные контакты поперечных аксонов со все
ми дендритами данного пучка; 7 — шнлико-денд
рнтный; 8 — шипнко-шяляковый; Р — десмосомо-
подобные дендро-дендритические контакты.
ну или нейронному модулю.
гнездным расположением эфферентных пирамид, дендритными
пучками и наличием всех предпосылок (в том числе, вероятно,
и возвратным облегчением) для синхронной активации всех его
элементов и формирования эфферентного импульсного залпа.
1.3. ВНУТРЕННИЕ СВЯЗИ
ЭЛЕМЕНТОВ КОРКОВОГО МОДУЛЯ
Нельзя сказать, чтобы мнения морфологов относительно внут-
ренней организации связей в пределах коркового модуля пол-
ностью совпадали. Так, Е. Джонс (1975) выдвинул собственную
14
упрощенную модель кортикальной колонки, ширина которой рав-
няется 350 мкм и определяется ветвлением таламо кортикального
афферентного волокна (рис. 1.4). Дендриты пирамидных клеток
(тела гигантских расположены в V—VI слоях, а малых и сред-
них — в III слое) снабжены тончайшими протоплазматическими
выростами, которые получили название шипиков. Аксоны, идущие
параллельно апикальным дендритам пирамидных нейронов, часто
образуют касательные аксо-шипиковые контакты. Звездчатые
клетки подразделяют на две категории: клетки, дендриты ко-
торых также снабжены шипиками, и клетки, лишенные ши-
пиковых выростов, — корзинчатые клетки. Таламо-кортикальные
волокна контактируют со звездчатыми ши пиковыми интернейро-
нами в слое IV. В свою очередь эти звездчатые клетки распростра-
няют возбуждение вертикально и устанавливают контакты с
апикальными дендритами малых и больших пирамидных кле-
ток. Некоторые из звездчатых клеток (корзинчатые) распрост-
раняют свои влияния по длинным горизонтальным аксонам на
значительные расстояния. Такие клетки относятся к тормозным
интернейронам.
Их до сих пор именуют гипотетическими тормозными ней-
ронами, ибо существуют пока лишь косвенные доказательства
их тормозящих влияний.
Более детально связи в пределах модуля выявлены Я. Сента-
готаи (1975), который отдельно рассматривает моносинаптические
возбуждающие влияния специфического таламического афферен-
та. Из рис. 1.5 видно, что таламическое волокно устанавли-
вает моносинаптические контакты с шипиковыми звездчатыми
клетками (с восходящим главным аксоном) и средними пирамид-
ными клетками на уровне слоев IV и III. Тормозные интерней-
роны получают таламическую активацию только дисинаптически
через аксонные коллатерали моносинаптически возбуждаемых
нейронов. Апикальные дендриты пирамидных клеток, тела которых
располагаются в слоях III и V, являются главным местом рас-
положения касательных каскадных синапсов восходящих аксонов
шипиковых звездчатых нейронов.
К одному и тому же корковому модулю подходят и закан-
чиваются в верхних слоях коры (IV и III) горизонтальные ас-
социативные и каллозальные (из противоположного полушария)
нервные волокна. Окончания приходящих в кору афферентов
всегда возбудительные. Неспецифическая таламо-кортикальная
система и волокна из ствола мозга заканчиваются во всех слоях,
но наиболее плотно — в слое I. Специфические волокна из тала-
мических ядер, как было показано, контактируют с элементами
слоев IV и III.
Что же касается эфферентных выходов из коркового моду-
ля, то они также распределены по слоям: тела кортико-тала-
мических нейронов лежат в слое VI, тела клеток ассоциатив-
ных кортико-кортикальных волокон — в слое III-II, тела клеток,
15
•^350 мгл
VI
1
Рис. 1.4. Модель корковой колонки в со-
матосенсорной зоне (по Джонсу).
/ — таламо-корковый афферент; 2 — шнииковын
звездчатый интернейрон; 3 — малая пирамидная клет-
ка; 4 — большая пирамидная клетка; 5 — корзинчатая
клетка; 6 — горизонтальные аксоны; 7 — возвратные
коллатерали аксонов пирамидных нейронов Справа
вверху -- увеличенная схема аксо-шипиковых каса-
тельных контактов.
аксоны которых достигают
базальных ганглиев, ствола и
спинного мозга — в слое V.
На рис. 1.6 показано послой-
ное распределение эфферент-
ных нейронов в зрительной
коре. Видно, что аксоны, вы-
ходящие из коры к другим
мозговым структурам, четко
распределены по слоям, за
исключением каллозальных
волокон, которые формиру-
ются нейронами II—IV сло-
ев. Нейроны, образующие
кортико-кортикальные во-
локна, расположены в слоях
II—III, нейроны, посылаю-
щие аксоны к переднему дву-
холмию среднего мозга,—
в слое V, к наружному ко-
ленчатому телу — в слое VI,
в корковую область Клера—
Бишопа — также в слое VI.
В связи с большой ролью
модулей, образованных ассо-
циативными и каллозальны-
ми входами, приобретают ин-
терес описанные в последние
годы ассоциативные и калло-
зальные звездчатые интер-
нейроны (клетки Гольджи
I типа). Эти клетки были об-
наружены методом аксональ-
ного ретроградного транспо-
рта пероксидазы хрена у кошек. Ассоциативные звездчатые нейро-
ны располагаются в слое III, а каллозальные — в нижней части
слоя III и слое IV (на рис. 1.6 они обозначены кружками).
Основное различие между этими нейронами заключается в раз-
ной длине аксона: у ассоциативных он в 3—4 раза короче,
чем у каллозальных звездчатых нейронов. Быть может, они
принадлежат к одной и той же группе клеток, коллатерали аксона
которых могут одновременно заканчиваться на своей и противо-
положной стороне полушарий. Хотя подкорковые мишени раз-
личны для разных корковых полей, принцип распределения эф-
ферентных нейронов оказывается общим для всей коры.
Следовательно, пирамидные клетки наряду с моносинапти-
чесйой активацией могут быть возбуждены и дисинаптически
через шипиковый звездчатый нейрон — основную мишень для
таламо-кортикальных афферентов. Каскадные касательные синап-
16
сы звездчатых клеток с апикальными дендритами пирамидных
нейронов представляют принципиальный интерес для изучения
механизмов корковой пластичности.
Почти все выходные аксоны пирамидных клеток образуют
возвратные коллатерали, которые отходят под разными углами
и простираются в пространстве до 3 мм во всех клеточных слоях.
Основная часть этих контактов заканчивается на тормозных
интернейронах — крупных корзинчатых звездчатых клетках.
Рис. 1.5. Схема возбуждения корковой нейронной цепи под влиянием специ-
фического афферента (по Сентаготаи).
/ .— пирамидная клетка; 2 — шнпиксвая звездчатая клетка, 3 — специфический таламический аффе-
рент; 4 — тормозные интернейроны. Специфический таламический афферент может образовывать моно-
синаптические контакты с базальными дендритами пирамидных кортнко-фугальиых нейронов (спра-
ва на рис.) н возбуждать эти нейроны диснналтически: через активацию звездчатой шипиковон клетки,
аксон которой образует касательные синапсы с апикальными дендритами (множественные) и ба-
зальными дендритами (отдельные) пирамидных клеток
я. Сентаготаи считает, что корковые модули, образованные
таламо-кортикальными афферентами (возбуждающего типа), час-
тично перекрываются корковыми модулями, образованными кор-
тико-кортикальными входами (ассоциативными и каллозальными)
(рис. 1.7). Эти последние также имеют форму вертикального
17
цилиндра с наружным диаметром 300 мкм. Кортико-кортикаль-
ные входы заканчиваются во всех слоях модуля, хотя и с раз-
личной плотностью терминалей. В слое I кортико-кортикальные
афференты распространяются параллельно поверхности коры на
большие расстояния за пределы модуля. Как видно из правой
части рисунка, отбор пирамидных клеток для активизации эффе-
рентных выходов модуля осуществляется благодаря возбуждаю-
щим интернейронам (шипиковые звездчатые клетки — 4) или рас-
тормаживающим интернейронам (клетки Рамон — Кахаля с двой-
ным букетом — 5), которые тормозят тормозные интернейроны.
Эти клетки приведены в правой части рисунка лишь по приз-
наку своего конечного эффекта (возбуждение), хотя по своей
природе они должны быть отнесены к тормозным интернейронам.
Левая часть рисунка объясняет действие тормозных интерней-
ронов как некоего фильтра, селектирующего активность пира-
мидных клеток. Тормозные интернейроны — это корзинчатые клет-
ки в глубоких слоях (б), малые корзинчатые клетки'в слое
П (7), аксонные тафт-клетки (8) и очень специфические аксо-
аксонные клетки (9), образующие синаптические контакты с на-
чальным сегментом аксона пирамидной клетки (слои II—III)
и клетки-канделябры (10).
Рис. 1.6. Распределение эфферентных нейронов в зрительной коре кошек
(по Крейцфельду).
Треугольники — пирамидные клетки; кружки — звездчатые клетки. Размеры символов согласуют-
ся с относительными размерами соответствующих нейронов. Места назначения аксонов: f — к другим
областям коры одноименного полушария (кортико-кортикальные пути); 2 — к областям коры про-
тивоположного полушария (каллозальные пути); 3— в переднее двухолмие среднего мозга; 4— в на-
ружное коленчатое тело промежуточного мозга; 5— к области Клера — Бишопа ассоциативной коры.
Многие из вышеописанных морфологических характеристик
корковых модулей послужили основанием для разработки
Дж. Экклсом (1982) гипотезы относительно физиологических
механизмов неокортекса (рис. 1.8). Он выделяет следующие
возбуждающие связи в пределах модуля: 1) моносинаптическое
возбуждение звездчатых клеток по таламо-кортикальным (2) и
18
Рис. 1. 7. Схема внутренних связей кортико-кортикального нейронного модуля
(по Сентаготаи).
/ — специфический таламический афферент-. 2 кортико-кортикальные (каллозальные и ассоциа-
тивные) афференты; 3—моносинантическая пеночка, 4 — шиниковые звездчатые нейроны, 5— клет-
ки Рамон-Кахаля с двойным букетом дендритов; б — корзинчатые клетки, 7 — малые корзинчатые
клетки; 8 — аксональные тафт-клеткн, 9 — аксо-акеонные клетки; 10 клеткн-«канделябры». — фраг-
мент специфического афферентного цилиндра в виде диска па уровне слоя IV В пределах кор
тнко-кортнкальнпго модуля: Ь'— селекция эфферентных пирамид путем возбуждения и растормажи-
вания (три- н дисииаптические цепочки); В — путем фильтрации с помощью торможения
19
мидные клетки слоя V как
выходную функцию коры.
А
кортико-кортикальным (1) входам; 2) дисинаптическое возбуж-
дение пирамидных клеток благодаря касательным синапсам (11);
3) моно-, ди- и трисинаптическое возбуждение клеток Мартинот-
ти (10), которые на себе конвергируют входы от звездчатых (8) и
нейроглиформных клеток (7); 4) тангенциальные горизонтальные
волокна поверхностных слоев могут возбуждать апикальные денд-
риты пирамидных клеток либо моносинаптически от соседних
модулей (через кортико-кортикальные входы), либо тетрасинап-
тически через клетки Мартинотти (10). В слоях I и II на апи-
кальном дендрите каждой пирамидной клетки насчитывается
1000—3000 возбуждающих синапсов. Автор исключил из своей
схемы возвратные коллатерали аксонов пирамид и сами пира-
>лняющие сугубо эфферентную
Вместе с этим большое вни-
мание Дж. Экклс уделяет тор-
мозным нейронам, который рас-
пределяют по следующим пяти
категориям:
1. Клетки с пучковидным
аксоном — тафт-клетки (АТС).
Эти клетки образуют тормозные
терминали на шипиковых си-
напсах апикальных дендритов
пирамид с горизонтальными во-
локнами. Предполагается, что
в каждом модуле 4 млн, аксо-
шипиковых синапсов, которые
контролируются тормозными
входами от этих нейронов. Тор-
мозный эффект одного синапса
может быть весьма значитель-
ным благодаря электротоничес-
кому влиянию на соседние воз-
буждающие синапсы, располо-
женные также и на горизон-
тальных ветвях апикальных
дендритов.
2 и 3. Корзинчатые клетки
(малые — 5 и большие — 6).
Это самые эффективные тор-
мозные интернейроны, так как
они дают множественные тор-
мозные синапсы на теле каждой
пирамидной клетки. Если малые
корзинчатые клетки осуществ-
ляют пространственно селек-
тивное торможение в слоях
Рис. 1.8. Упрощенная схема связей кор-
кового модуля (по Экклсу).
Д - возбуждающие связи; Б — тормозные свя-
зи. 1 - кортико-кортикальный; 2 — таламокорти-
кальный афференты, 3 — аксональная тафт-клет-
ка; 4 — клетка с двойным букетом дендритов;
5 — малая корзинчатая клетка; 6 — большая кор-
зинчатая клетка; 7 — яейроглиформная клетка*.
8— шипнковая звездчатая клетка; 9— аксо-ак-
сонная клетка. (О клетка Мартинотти; 11 — ка-
сательные (cartridge) синапсы.
20
II, III и V в самом модуле, то большие подавляют активность
соседних модулей, устанавливая с ними реципрокные связи.
4. Аксо-аксонные клетки (9) формируют тормозные синапсы
на начальном сегменте аксона пирамидной клетки. Каждая из
этих клеток контактирует с несколькими сотнями пирамидных
клеток слоев II и III, на аксоне каждой из которых конвер-
гируют от 2 до 14 аксо-аксонных клеток. Таким образом аксо-
аксонное торможение оказывает решающее влияние на выход
эфферентной импульсации из модуля, но не оказывает влияния
на проекционные пирамидные клетки слоя V (на рис. не при-
ведены) .
5. Клетки с двойным букетом дендритов (4) располагаются
в слоях II и III. Их тормозная природа подтверждена электрон-
номикроскопически и авторадиографически — методом захвата
меченой гаммааминомасляной кислоты (ГАМК) и ее транспорта
к клеточным телам. Эти клетки образуют тормозные окончания
на всех других тормозных нейронах, поэтому конечный эф-
фект их влияния приводит к растормаживанию пирамидных ней-
ронов.
Дж. Экклс считает, что модуль функционирует как единица
в пространственно-временной системе связей благодаря полному
перекрытию проекций его кортико-кортикальных волокон и явля-
ется поэтому неделимым. Более того, он выдвигает предполо-
жение о том, что возбуждение дендрита пирамидной клетки
через касательные синапсы вызывает гепертрофию касательных
же синапсов горизонтальных волокон с шипиками на апикаль-
ных дендритах пирамидных клеток.
Таким образом, физиологическое назначение описанных выше
тормозных систем состоит в следующем: 1) тормозные синапсы
тафт-клеток на дендритах пирамидных клеток располагаются
в соседстве с шипиковыми синапсами, образованными горизон-
тальными волокнами, и обеспечивают локальное торможение;
2) корзинчатые клетки оказывают диффузное тормозное влия-
ние на все пирамидные нейроны; 3) тормозные синапсы аксо-
аксонных клеток на начальном сегменте всех аксонов пирамид-
ных клеток слоев II и III обеспечивают возможность функцио-
нального блокирования этих клеток и 4) синапсы клеток с двой-
ным букетом дендритов на всех других тормозных клетках способ-
ны растормаживать пирамидные нейроны. Следовательно, непре-
рывное взаимодействие возбуждающих и тормозных элементов
коркового модуля может служить основой для его функциони-
рования в качестве основной структурной единицы неокортекса.
1.4. О ВОЗМОЖНОМ НАЗНАЧЕНИИ ДЕНДРИТНЫХ ПУЧКОВ
Существенным элементом коркового нейронного модуля яв-
ляются пучки апикальных дендритов. Если согласиться с тем, что
чаши традиционные представления о дендритной мембране как
21
пассивном сумматоре местных потенциалов далеко не полные,
а при некоторых состояниях (например, при создании искусст-
венного эпилептического очага) могут возникать проводящиеся
дендритные спайки, то значение дендритных пучков раскрывается
гораздо полнее. Логично представить себе, что одиночный апи-
кальный дендрит как элемент пучка способен выполнить лишь
функцию пассивного сумматора. При этом, как правило, моду-
ляции уровня мембранного потенциала осуществляются на подпо-
роговом уровне. Существование же дендритных пучков при
наличии тесных дендро-дендритических контактов создает воз-
можность взаимного электротонического облегчения, обеспечи-
вающего синхронное вовлечение всех элементов структурного
модуля в однонаправленную деятельность. Крайним выражением
межнейронной синхронизации являются эпилептические разряды,
при которых возникает (за счет нарушения равновесия возбуж-
дающих и тормозных влияний) резкое усиление синаптической
бомбардировки и, как следствие этого, антидромное проведе-
ние разряда по дендритной мембране из глубоких слоев к по-
верхностным. Такая гиперсинхронизация и имеет место при судо-
рожных разрядах в коре, созданных, в частности, локальной
инъекцией пенициллина. Причем минимальный объем ткани, отрав-
ление которой приводит к возникновению судорожных разрядов,
имеет наружный диаметр порядка 700 мкм.
Итак, можно предположить, что апикальные дендриты кор-
ковых пирамид участвуют в пассивной суммации, взаимной
синхронизации (норма) и гиперсинхронизации и проведении раз-
рядов в вертикальном направлении (патология).
Что касается базальных дендритов корковых пирамид, также
образующих дендритные пучки, то наши знания по этому по-
воду более чем скудны. Поэтому ограничимся лишь предположе-
нием об их вероятном участии в распространении влияний по
горизонтали от одного нейронного модуля к другому. При этом
надо иметь в виду, что мы пока умышленно исключили из
обсуждения весьма важную систему возвратных аксонных кол-
латералей и широкое ветвление таламических афферентов, В пос-
леднее время стали появляться исследования, которые могут сви-
детельствовать об активной генерации возбуждения в дендритах.
Так, в работах В. В. Шульговского (1982) показана высокая
возбудимость нейронов сенсомоторной коры кошки, которая опре-
деляется не свойствами их мембран, а геометрией дендритов.
Автор работ полагает, что свойствами простых сумматоров обла-
дают отдельные локусы дендритов, в которых может происходить
генерация потенциалов действия.
1.5. ФИЛОГЕНЕТИЧЕСКИЙ АСПЕКТ
МОДУЛЬНОЙ ОРГАНИЗАЦИИ КОРЫ
В. Маунткасл (1978) отмечает, что модульный принцип конст-
рукции характерен для большинства областей неокортекса у раз-
22
ных представителей эволюционного древа млекопитающих. Кроме
того, было установлено, что радиальная организация колонок
клеток обусловлена миграционной способностью нейронов в
эмбриогенезе в направлении от глубины к поверхности. При
этом внутренняя морфологическая дифференциация коры начина-
ется немедленно после того, как корковые клетки достигнут
своего окончательного местоположения. На этой стадии клетки
уже отчетливо размещаются по колонкам.
Для установления степени универсальности принципа модуль-
ной организации неокортекса Г. П. Демьяненко в 1980 г. де-
тально обследовала конвекситатную поверхность коры мозга у
ежей как типичных представителей насекомоядных (рис. 1.9).
Были обнаружены вертикальные пучки апикальных дендритов
пирамидных нейронов, которые по своей конструкции не отли-
чались от таковых у хищных. Пучок обычно формируется из
дендритов 3—6 нейронов, причем сами дендриты так тесно пере-
плетаются, что на световом уровне трудно провести между ними
границу. Электрономикроскопически выявлены дендро-дендрити-
ческие контакты типа десмосом. Аксоны пирамид II—III слоя
входят в пучки и образуют одновременно с несколькими дендри-
тами касательные контакты. Пучки располагаются на срезах не-
равномерно, группами по 3—5 пучков на расстоянии 80—100 мкм
друг от друга. Подходящие проекционные волокна прохо-
дят горизонтально по белому веществу и часто сгруппи-
рованы по 5—8, тесно прилегая друг к другу и дуго-
образно изгибаясь, направляются в кору. На уровне I—II
слоев наблюдается схождение нескольких аксонов на одном
и том же апикальном дендрите пирамидной клетки. Вокруг
дендрита образуется подобие «аксонной муфты». Отмечается зна-
чительная горизонтальная протяженность коллатералей талами-
ческих афферентов и аксонов пирамидных нейронов. Из рис. 1.9
видна также и вертикальная связь между нейронами, осуществляе-
мая с помощью клеток с нисходящим ветвящимся аксоном.
Обнаружено большое количество касательных контактов на денд-
ритах верхних слоев коры. Обращает на себя внимание орга-
низация эфферентного выхода "пирамид III слоя, аксоны кото-
рых собираются в пучки (до 13 в одном пучке) и вместе поки-
дают кору.
Сравнение неокортекса насекомоядных с приматами показало,
что в префронтальной коре обезьян пучки апикальных дендри-
тов пирамидных клеток встречаются реже, чем в коре ежа.
У обезьян количество пирамидных клеток, формирующих пучок
апикальных дендритов, увеличивается до 14 нейронов. Если у
ежей в составе пучка редко удавалось наблюдать аксоны выше-
лежащих пирамидных клеток и эти аксоны почти не ветвились,
то у обезьян значительно усложняется ход аксонов в пучках.
Почти все аксоны пирамидных клеток II—IV слоев, опускаясь
23
вниз в составе пучка апикальных дендритов, отдают коллате-
рали, направляющиеся к телам и дендритам других пирамид
пучка, и образуют многочисленные контакты с нейронами, входя-
щими в пучок. В таком объединении дендритов создаются исклю-
чительно благоприятные условия как для дивергенции, так и для
конвергенции импульсов.
Рис. 1.9. Схема нейронной организации ассоциативной области коры мозга
ежа (по Батуеву и др.).
и — аксон; с — коллатераль, аЦ — афферент. 1 пучки апикальных дендритов пирамидных клеток
(в состав пучка могут входить аксоны вышележащих нейронов); 2 — пирамидные клетки слоя
II (часть их имеет большое количество коллатералей аксонов, которые образуют контакты с сосед-
ними клетками; некоторые пирамидные клетки имеют нисходящие малоразветвлениые аксоны, дости-
гающие белого вещества); группа нейронов слоя IV с нисходящими аксонами (на таких ней-
ронах часто заканчиваются проекционные афференты); 4 --более сложные объединения нейронов
в горизонтальные н вертикальные цепи за счет нейронов с хорошо развитыми аксонными системами;
5 — формирование лучков аксонов слабо дифференцированными нейронами.
Специальные морфологические исследования нейронной орга-
низации средней трети главной борозды у обезьян показали
наличие замкнутых нейронных кругов. Как видно из рис. 1.10
(поз. /), в III—IV слоях располагаются группы пирамидных
нейронов, аксоны которых U-образно ветвятся и направляют-
ся к клеткам этой же группы. Здесь могут находиться и звезд-
чатые нейроны, аксоны которых посылают коллатерали к дру-
гому типу межнейронных объединений крупных пирамидных кле-
ток V—VI слоев (рис. 1.10, поз. 2). Здесь эти аксоны вступают
24
в контакт с зонами ветвления базальных дендритов. Объединение
нейронов I типа представляет собой пример ловушки, в кото-
рой импульсный поток может реверберировать до тех пор, пока
не будет переключен на эфферентный модуль из крупных пи-
рамид. Преобладание в главной борозде замкнутых нейронных
комплексов I типа .может служить структурной предпосылкой
для удержания в них импульсных потоков и эстафетного переклю-
чения активации от одного нейронного объединения к другому.
Необходимо отметить и другие типы нейронных объединений
в районе главной борозды. Так, аксоны пирамид II слоя подни-
маются в слой I, принимая порой горизонтальное направление,
что создает благоприятные возможности для установления кон-
тактов с многочисленными апикальными дендритами. Аксоны пи-
рамидных клеток верхнего этажа коры распространяются по вер-
тикали, контактируя за счет восходящих коллатералей с клетками
вышележащих слоев и проходящими дендритами. По горизон-’
тали пирамидные клетки в большей мере объединяются звездча-
тыми корзинчатыми нейронами, которые располагаются между
ними. В V—VI слое наряду с пирамидными нейронами с нисхо-
дящим аксоном встречаются пирамиды с возвратными аксонами,
образующими контакты с апикальными дендритами соседних пира-
мид. В VI слое отмечены также звездчатые клетки, аксоны кото-
рых поднимаются до уровня IV слоя и образуют контакты с апи-
кальными дендритами пирамидных клеток.
Для теменной ассоциативной области коры обезьян в отличие
от лобной области менее характерным оказалось гнездное рас-
положение пирамидных нейронов с собранными в пучки апикаль-
ными дендритами (рис. 1.11). Кроме этого, отмечено четкое
послойное расположение пирамидных клеток, однообразных по
форме и размерам внутри каждого слоя; наличие длинных го-
ризонтальных коллатералей аксонов, с помощью которых ус-
танавливаются контакты с соседними нейронами; выраженность
системы базальных дендритов и их большая протяженность у пи-
рамид глубоких слоев; разнообразие звездчатых нейронов, среди
которых много полярнокустовидных; и высокая плотность и раз-
нообразие синаптических контактов (конвергентного и дивергент-
ного типов).
Следовательно, даже беглый анализ модульной конструкции
неокортекса у насекомоядных и приматов свидетельствует о том,
что примитивные корковые модули появляются с самых ранних
уровней филогенетического развития млекопитающих. Однако по
мере усложнения мозговой организации (у приматов) возникают
региональные различия в модульной конструкции неокортекса
и наряду с сохранением вертикальных колонок появляются новые
формы модулей типа ловушек, характерные для филогенетически
самых молодых кортикальных формаций — лобных долей мозга.
Поэтому есть все основания рассматривать модульный принцип
как специфически присущий нейронной организации неокор-
текса млекопитающих.
26
Глава 2
КОРКОВЫЙ НЕЙРОННЫЙ МОДУЛЬ
(функциональные аспекты)
Переходим к анализу афферентных и эфферентных свойств
отдельных элементов модуля, работы его как целостной еди-
ницы, взаимодействия с соседними модулями, интеграции раз-
личных модулей в более крупные объединения.
2.1. ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
ЭЛЕМЕНТОВ МОДУЛЯ
Наиболее широко распространенным приемом для изучения
сенсорных проекций в неокортексе различных животных служит
регистрация суммарных вызванных потенциалов коры в ответ
на адекватные (зрительные, кожные и др.) афферентные разд-
ражения. Обычно такие эксперименты проводятся под глубоким
барбитуровым наркозом, который, как хорошо известно, бло-
кирует передачу возбуждения по полисинаптическим путям и
сохраняет лишь наиболее прямые (олигосинаптические) нервные
цепи. Введение методов регистрации ответной активности от-
дельных нейронов существенно детализировало прежние данные,
уточнило их и внесло ряд принципиально новых моментов в об-
щую карту кортикальных сенсорных проекций. Например,
в пределах соматической сенсорной системы описаны достаточно
локальные участки коры, к которым поступает афферентация от
ограниченных рецептивных зон туловища (рис. 2.1). Правда,
такая карта может сегодня рассматриваться как относительно
достоверная, ибо последние данные показали достаточно ши-
рокую топографическую вариабельность отдельных соматических
проекций и конвергенцию к одним и тем же нейронам коры
различных афферентных входов.
Именно так обстоит дело, если мы рассмотрим функциональную
характеристику отдельных элементов нейронного модуля сенсо-
моторной коры кошки. При использовании метода внутрикле-
точных отведений и соответствующих приемов идентификации
нейронов было показано, что даже при глубоком барбитуровом
наркозе удается регистрировать постсинаптическую активность
28
нейронов пирамидного тракта на раздражение различных сома-
тических рецептивных зон. На рис. 2.2 приведен фрагмент конкрет-
ного опыта. Такая идентификация кортико-спинального нейрона,
в который введен микроэлектрод, достигается с помощью регистра-
ции внутриклеточных антидромных потенциалов при электри-
ческой стимуляции волокон пирамидного тракта (фрагмент А).
Затем производится раздражение кожной поверхности передней
(фрагмент Б) или задней (фрагмент В) конечности и регист-
рируются постсинаптические потенциалы того же нейрона. Отчет-
ливые ответные реакции нейрона свидетельствуют о его синапти-
ческой активации по различным соматическим афферентным кана-
лам. Последнее позволило высказать сомнение в правомочности
утверждения о наличии узколокальной сенсорной проекции отдель-
ных элементов скелетно-мышечной системы в коре мозга кошки.
Рис. 2.1. Соматотопическая организация корковых афферентных проекций
соматической сенсорной системы у кошек.
Применение хлоралозового наркоза выявило еще более широ-
кий спектр конвергирующих модальностей к одному и тому же
кортико-спинальному нейрону (рис. 2.3). Постсинаптические по-
тенциалы (как и суммарные вызванные потенциалы поверхности
коры) были зарегистрированы на световую вспышку (1, 4),
звуковой щелчок (2, 5) и их одновременное предъявление (3, 6).
Причем если для идентифицированного кортико-спинального ней-
рона пирамидного тракта были характерны потенциалы действия
(1—3), то в неидентифицированном (предположительно вставоч-
29
ном) нейроне регистрировались подпороговые возбуждающие
постсинаптические потенциалы на те же разномодальные раздра-
жения.
С целью выявить локализацию синаптических входов, опосре-
дующих такие гетеросенсорные влияния на мембрану нейрона пи-
20 мс
рамидного тракта, используется ме-
тод внутриклеточной поляризации
толчком гиперполяризующего тока
через отводящий микроэлектрод. Ги-
перполяризующий ток через микро-
электрод, находящийся в теле клетки,
приводит к локальному повышению
возбудимости лишь соматической
мембраны. Соматически локализо-
ванные постсинаптические потенци-
алы при этом возрастают по амплиту-
де, из чего заключают о расположе-
нии соответствующих синапсов на те-
ле клетки или на начальных (прокси-
мальных) сегментах дендритов. Если
такой суммации не происходит, то
есть основание считать, что синап-
сы локализованы на отдаленных
Рис. 2.2. Гетеровалеитиая соматическая акти-
вация идентифицированного нейрона пира-
мидного тракта (НПТ) (по Батуеву).
/1 — антидромный ответ НПТ на стимуляцию ножек
мозга (5 суперпозиций); Б — постсннаптический ответ
того же нейрона на электрокожное раздражение контра-
латеральной передней конечности; В — то же на раздра-
жение контралатеральной задней конечности. Верхний луч
на всех фрагментах — потенциалы поверхности коры (по-
зитивность вверх), нижний луч — внутриклеточные по-
тенциалы Калибровочный толчок: ЮмВ (нембутал)
от тела клетки дистальных участках дендритов. В случае ней-
ронов пирамидного тракта было сделано допущение о лока-
лизации разномодальных афферентных входов на их проксимо-
дендритной мембране.
В связи с тем, что определенное число клеток не удает-
ся идентифицировать как кортико спинальные, логично допустить
их принадлежность к другой выходной системе коры. Методом ан-
тидромного тестирования установлено, что часть из них принадле-
жит к кортико-рубральным нейронам, а с помощью внутрикле-
точного окрашивания их флуоресцентным красителем процио-
новым желтым они были отнесены к типичным пирамидным
клеткам Ш слоя коры. Изредка в одном и том же треке ре-
гистрируются кортико-рубральный, а ниже (на уровне V—VI
слоев) — кортико-спинальный нейрон. Как и кортико-спиналь-
ные, кортико-рубральные пирамиды характеризуются широким
30
спектром конвергирующих модальностей. При этом заметим, что
вестибулярные влияния при стимуляции ядра Дейтерса обна-
руживаются лишь на кортико-рубральных нейронах и практически
отсутствуют на нейронах пирамидного тракта.
Рис. 2.3. Нейрональные реакции (снизу) и суммарные вызванные потенциалы
.(сверху) сенсомоторной коры кошки при световом и звуковом раздражениях
(по Батуеву).
Ответы- нейрона пирамидного тракта (/—3) и интернейрона (4—6) на световую вспышку (/, /),
звуковой щелчок (2, 5) и одновременный комплекс этих стимулов (3. 6). Калибровочный толчок
(вверх на нижней кривой): 10 мВ; отклонение ,пуча вниз - момент нанесения раздражения (хлоралоза)
По характеру постсинаптических потенциалов эти две группы
выходных корковых нейронов отличаются друг от друга. Для
кортико-рубральных нейронов характерно наличие как крутых,
так и пологих фронтов возбуждающих постсинаптических потен-
циалов (ВПСП) и слабая суммация их с гиперполяризационным
толчком тока, что свидетельствует о дистально-дендритной ло-
кализации соответствующих синапсов.
Кроме того, тем же путем антидромного тестирования в соста-
ве кортикального модуля описаны нейроны, посылающие свои
аксоны в область Варолиева моста, — кортико-понтинные ней-
роны.
Наконец, последняя категория нейронов, входящая в состав
исследуемого объединения, — это интернейроны, которые внутри-
клеточно маркированы проционовым красителем и отнесены
к звездчатым клеткам (рис. 2.4). Они также были мультисен-
сорными, хотя характер их постсинаптической активности су-
щественно отличался от предыдущих категорий нейронов. Здесь
не только отчетливее были выражены модальностные различия
в ответах, но при подсчете латентностей постсинаптических потен-
циалов обнаружена популяция интернейронов, активация которых
наступала на 3—4 мс раньше, чем постсинаптических потен-
циалов кортико-фугальных нейронов (рис. 2.5). Предполагается
поэтому, что часть интернейронов располагаются первыми на вхо-
31
де нейронной цепи и осуществляют препирамидную обработку
разномодальной афферентации. При этом следует иметь в виду,
что на дендритах звездчатых клеток обнаружены дегенерирующие
терминали после коагуляции специфических таламических ядер
(VPL или VL), что свидетельствует о прямых связях из тала-
муса к интернейронам (см. гл. 1).
Рис. 2.4. Постсинаптические ответы коркового интернейрона на гетеромодальмую
стимуляцию (по Батуеву).
ci световая; б — звуковая; в—электрокожман стимуляция; (а+з, а+б)— их одновременные
предъявления. Артефакт стимуляции в начале каждой записи. Справа — микрофото интернейрона после
ннутриклеточной инъекции в него пропионового желтого: видны проксимальные участки крупных
дендритов. Масштаб увеличения 1 мм=1 мкм. При сравнении с аналогичными записями от ней-
рона пирамидного тракта (ср. рис 2.3) обращают на себя внимание значительные различия в латент-
ных периодах ВПСП в ответ на гетеромодальиую активацию.
Таким образом, в состав нейронного модуля сенсомоторной
коры входят эфферентные пирамидные нейроны, посылающие
свои аксоны в красное ядро, к ядрам моста и в спинной мозг,
а также популяция интернейронов. Как пирамидные, так и
звездчатые клетки сенсомоторной коры получают афферентные
входы различных сенсорных модальностей, т. е. относятся к
мультисенсорным. К пирамидным клеткам, кроме того, следует
относить нейроны, образующие ассоциативные и каллозальные
кортико-кортикальные пути.
2.2. МЕХАНИЗМЫ МУЛЬТИСЕНСОРНОЙ КОНВЕРГЕНЦИИ
Преобладание множества афферентных входов над незначи-
тельными по числу эфферентными элементами поставило пробле-
му соотношения разных по модальности и знаку афферентных
воздействий в формировании тех центробежных влияний, кото-
рые испытывают мотонейроны со стороны вышележащих эта-
жей мозга. Применительно к координационным механизмам спин-
ного мозга Ч. Шеррингтоном в 1906 г. был сформулирован
принцип воронки (конвергенции) и общего пути. Автор показал,
что к двигательному нейрону спинного мозга стекаются им-
32
пульсы из рецепторных аппаратов, расположенных в самых разно-
образных областях тела. Если воспринимающий нейрон представ-
ляет собой индивидуальный или частный путь, то эфферентный
нейрон является общим путем для импульсов, возникающих в лю-
бом из многоканальных источников рецепции. Подобная коорди-
нация складывается на основе морфологического соотношения
чувствующих (афферентных) и исполнительных (эфферентных)
путей, где первые всегда и значительно преобладают над вто-
рыми. Сенсорные импульсы, таким образом, вступают в столкно-
вение, конкуренцию, и в итоге каждый раз в определенный
интервал времени преобладает только одна какая-либо сигна-
лизация. Так формируется и реализуется механизм конверген-
ции — схождение множества афферентных входов в единственный
анатомически ограниченный эфферентный канал. Частные пути
конвергируют между собой, соединяются в промежуточные пути,
и конвергенция окончательно завершается общим конечным путем
в виде воронки.
п
6
ю 15 го мс
Рис. 2.5. Постсииаптические ответы нейронов пирамидного тракта (3, 4) и интер-
нейронов (/, 2) сенсомоторной коры кошки на злектрокожиое раздражение
подушечки контралатеральной передней лапы (по Батуеву).
Слева - гистограммы распределения латентных периодов ВПСП для интернейронов (I) и Е1ПТ (П)
на одиночные стимулы, л -- количество клеток. Калибровочный толчок перед артефактом нанесения
стимула- 10 мВ
В конструкции нейрона уже заложен принцип общего пути,
ибо конвергенция к дендритам обеспечивает явления простран-
ственной суммации и сопряженного торможения, составляющие
основной механизм работы общего пути. Любой «вставочный»
путь, вставочный нейрон, рассматривается как общий путь. Каж-
дый этап, на котором два или более афферентных нейрона
конвергируют на третьем нейроне, который по отношению к ним
является эфферентным, предполагает возможность влияния или
столкновение их влияний; каждая структура, на основе которой
это происходит, представляет собой механизм , координации. Ос-
2—1187
33
новным же аппаратом в системе координации является синапс,
так как он «вводит общий путь», и благодаря разнообразию
синапсов появляется возможность использовать преимущества
как специализированного рецепторного пути, так и узколокаль-
ной реакции на это воздействие. В качестве одного из важ-
нейших вставочных путей со всеми присущими ему свойства-
ми конвергенции Ч. Шеррингтон рассматривал кортико-спиналь-
ный (пирамидный) тракт.
Развивая идеи Ч. Шеррингтона, акад. А. А. Ухтомский рас-
пространил принцип конвергенции на все этажи центральной
нервной системы. Он писал, что конвергенция, сходимость при-
носящих путей, побуждает к необходимости разобраться в при-
носимых импульсах, допустить к дальнейшему проведению лишь
результат их столкновений и трансформации. Этот механизм
встречается на любом этаже центральной нервной системы. Следо-
вательно, ганглиозные клетки, которыми начинаются общие пути,
интегрируют все влияния,' притекающие к ним по конверги-
рующим путям. «При этом допущении, — отмечал А. А. Ухтом-
ский, — становится биологически понятным большое развитие
синапсов с тенденцией к умножению концевых ветвлений, при-
ходящих нейроаксонов и тенденцией увеличить поверхность сопри-
косновения ганглиозной клетки с концевыми ветвлениями аксо-
нов».
А. А. Ухтомский отмечал, что кора мозга обычно работает
как единый орган, но свое влияние на исполнительные аппа-
раты она реализует через весьма ограниченное число пирамид-
ных отводящих путей. Поэтому среди общих путей коры должны
играть выдающуюся роль те, которые связаны с пирамидными
клетками кортико-спинальных и кортико-стволовых путей. По-
этому неудивительно, что синапсы у больших пирамидных кле-
ток коры в последнее время являются предметом направленного
внимания физиологов.
Обсуждая общие механизмы конвергенции к нейрону боль-
шого числа синаптических входов специфического действия,
П. Г. Костюк (1973) отмечает, что они должны строиться боль-
ше на динамических соотношениях поступающих к клетке синапти-
ческих влияний, чем на структурных особенностях, образован-
ных этими входами синапсов. Он выделяет в этих динамичес-
ких соотношениях два крайних типа: 1) полную потерю дискрет-
ности синаптических влияний (тоническую синаптическую деятель-
ность) и 2) генерацию разряда, т. е. передачу через нейрон
специфического сигнала (фазное синаптическое действие). Этому
последнему может способствовать потенциация постсинаптических
ответов, особенно характерная для пирамидных нейронов коры
больших полушарий.
В настоящее время стало общепризнанным, что феномен кон-
вергенции различных сенсорных влияний к одному и тому же
нейрону является основополагающим для понимания интегра-
34
тинной деятельности мозга. При этом следует отметить острую
потребность в дальнейшей разработке механизма конверген-
ции с детализацией его по отдельным типам проявлений на
корковых элементах.
2.2.1. Афферентные входы к корковому модулю
Существенно важным представляется локализация различных
аксональных входов на элементах кортикального нейронного мо-
дуля. Следует заметить, что решение этого вопроса (как и многих
других) в значительной степени определяется избранным мето-
дическим подходом и степенью его соответствия поставленной
задаче. Одним из таких подходов является разрушение различ-
ных мозговых образований с последующим изучением дегенера-
ции волокон и терминалей как на светооптическом, так и на
электронномикроскопическом уровне в другой интересующей ис-
следователя структуре мозга. В частности, после электрокоагуля-
ции в области вентро-латерального ядра таламуса (VL) обна-
руживается дегенерация волокон в сенсомоторной зоне коры,
в терминалях этих волокон содержатся крупные сферические
пузырьки (синаптические везикулы). Эти аксоны оканчиваются
в слое III преимущественно на стволах апикальных дендритов
и шипиках пирамидных и неидентифицированных нейронов, а так-
же сомадендритной мембране звездчатых клеток. Электрофизио-
логическими методами показано, что стимуляция VL сопровож-
дается возникновением в быстрых и медленных нейронах пирамид-
ного тракта ВПСП с латентными периодами 1—5 мс, что надежно
подтверждает наличие моносинаптических таламических входов
к пирамидным нейронам коры. После электролитической коагуля-
ции заднего вентрального ядра таламуса (VPL) (главного талами-
ческого ядра переключения соматической импульсации в кору) де-
генерации подвергались терминали аксошипиковых и аксодендри-
тических контактов, расположенных на тонких по размеру денд-
ритах. Таким образом было установлено, что проекционные тала-
мические афференты контактируют с крупными пирамидами, хотя
возможен и другой, бисинаптический путь — после переключе-
ния афферентов через вставочные нейроны.
Комиссуральные волокна распространяются по всему попе-
речнику коры, а тела нейронов, дающих им начало, локали-
зуются не только во II и III слоях, как считалось ранее, но и в
более глубоких слоях коры. Функциональная роль комиссураль-
ных и, в частности, каллозальных волокон все еще далеко
не ясна. Существование модульной организации каллозальных
входов и выходов, частичное перекрытие каллозальных и таламо-
кортикальных модулей и наличие гомо- и гетеротопических свя-
зей позволяет по-новому рассматривать данную проблему. В част-
ности, установлено, что каллозальные волокна в сенсорных спе-
цифических корковых зонах созревают к 4-му дню постнатального
35
Ill
V
Рис. 2.6. Схема транскортикальных и про-
екционных связей корковых зон S1 иМ1
у кошек (по Ленкову).
НПТ — нейрон пирамидного тракта V —VI слоев в
зоне MI; Alt — ассоциативный пирамидный нейрон
И — III слоя в зоне SI, ИН — возбуждающий интер-
нейрон; ас — ассоциативные транскортикальные во-
локна, кр.б — крестовидная борозда; стрелки — на-
правления афферентных и эфферентных пучков.
онтогенеза кошек, а в ассо-
циативной теменной коре —
лишь к 7—9-му дню жизни.
Причем гомотопические свя-
зи созревают первыми, а ге-
теротопические позже. Сле-
довательно, взаимодействие
симметричных отделов коры
больших полушарий устанав-
ливается в постнатальном
онтогенезе вначале в специ-
фических сенсорных структу-
рах, а позже — в ассоциа-
тивных. Изучение рецептив-
ных полей нейронов зритель-
ной коры у взрослых кошек
после каллозальных перере-
зок показало, что операция
не меняла детекторных
свойств нейронов и количест-
ва бинокулярных единиц, но
значительно снижала разме-
ры представительства ипси-
латерального поля зрения. При этом наблюдалась редукция ре-
цептивных полей по ширине. По-видимому, каллозальные во-
локна участвуют в формировании рецептивных полей корковых
нейронов и их модуляции. Структурные предпосылки для этого
обсуждались в предыдущей главе, где рассматривались пути
активизации тормозных интернейронов через комиссуральные и
ассоциативные входы к нейронному модулю.
Вопрос о локализации ассоциативных входов в сенсомоторную
кору изучается и электрофизиологическим методом. Путем ло-
кальной стимуляции соматических проекционных зон коры (SI и
SII) установлены межкорковые связи с моторной зоной (MI),
имеющие олиго- и полисинаптический характер. В качестве основ-
ного источника межкорковых проекций предполагаются малые
ассоциативные пирамиды слоя III (рис. 2.6). При этом обнару-
жено, что «коротколатентные» входы оказываются менее эффек-
тивными по сравнению с «длиннолатентными» и опосредуют воз-
буждающие эффекты на нейроны сенсомоторной коры.
Дополнительные уточнения получены в морфологических ис-
следованиях. Так, разрушения в зоне SI приводят к дегенера-
ции отдельных аксонных терминалей в составе корзинчатых спле-
тений вокруг пирамид V слоя. А методом ретроградного аксо-
нального транспорта пероксидазы хрена установлено, что эти
ассоциативные аксоны принадлежат пирамидным нейронам глав-
ным образом III слоя коры.
36
Вероятнее всего, межкорковые ассоциативные связи не служат
для передачи текущих сенсорных влияний из проекционной в ассо-
циативную область и для активного возбуждения последней.
Одно из возможных назначений этих связей — поддержание опре-
деленной степени возбудимости корковых нейронов для последую
щего формирования кортико-фугальных регулирующих влияний.
Рис. 2.7. Гистограммы распределения размеров синаптических везикул (в нм)
по слоям I—III в аксонных терминалях из интактной сенсомоторной коры кош-
ки (4) и из той же области коры после длительной электростимуляции зоны
(S II) (5).
Числа внутри прямоугольников - количество наблюдений, числа сверху—частота распределения
аксонных терминалей по интервалам деления. Пунктир показывает, что соответствующие соседние
интервалы объединены; п — количество измерении в ряду.
Новый подход для исследования внутрикорковых связей со-
стоит в изучении зависимости между размерами синаптических
везикул и их расстоянием от активной зоны синапса в аксоши-
пиковых и аксодендритных терминалях. Так, после установле-
ния в корковом поле MI преобладания везикул наименьших
размеров в слое I, примыкающем к активной зоне синапса, была
произведена электростимуляция кортико-кортикальных проекций
из зоны S1I (рис. 2.7). После стимуляции в терминалях развивался
достоверный градиент уменьшения средних размеров везикул от
периферического слоя Ш к слою 1. Вероятно, это является
отражением факта фиксации с помощью обработки ткани мозга
синаптических везикул вскоре после выброса их содержимого.
Это еще один из путей для оценки локализации активируемых
терминалей на сомадендритной мембране нейрона.
37
Структурные предпосылки конвергенции к элементам сенсомо-
торной коры могут быть выявлены с помощью весьма эффектив-
ного метода ретроградного аксонального транспорта экзогенной
пероксидазы хрена (HRP). Микроинъекция пероксидазы в участок
передней сигмовидной извилины выявила клетки, заполненные
гранулами фермента в зоне SI ипсилатерального полушария,
Ml контралатерального полушария, а также в вентробазальном
комплексе и вентролатеральном ядре таламуса. Одиночные мече-
ные нейроны обнаружены также в красном ядре, черном ве-
ществе, покрышке среднего мозга и моста. Из внутрикор-
ковых связей отмечены пути в сенсомоторную кору, дополни-
тельно от прореальной извилины и лимбической коры
(g.cingularis). Таким образом, существуют все морфологические
предпосылки для конвергенции влияний к корковым нейронным
модулям по проекционным путям из таламических ядер, по ас-
социативным путям — из других корковых зон того же полуша-
рия и по каллозальным путям — из симметричных корковых
зон противоположного полушария мозга.
2.2.2. Соматические и висцеральные влияния
Известно, что корковые нейроны сенсомоторной коры (задней
и передней сигмовидных извилин) у кошек представляют собой
проекции для соматической сенсорной системы. Здесь можно
зарегистрировать наиболее коротколатентные реакции нейронов
на стимуляцию соматических нервных стволов, сюда проецируется
специфический вентробазальный комплекс ядер таламуса, в этом
районе сосредоточено значительное число нейронов с локальными
рецептивными полями. В частности, зона SI (задняя сигмовидная
извилина) является первичной проекцией афферентных сигналов
от задней контралатеральной конечности.
Американские физиологи A. Toy и М. Манн предложили
классификацию соматических нейронов и выделяют в сенсомо-
торной коре популяцию нейронов (Sa), отвечающих только на
стимуляцию контралатеральной передней конечности, и популя-
цию нейронов (М), на которых конвергируют возбуждающие
входы от всех четырех конечностей. Промежуточная группа ней-
ронов (Sb) возбуждается только при стимуляции ипси- и контра-
латеральной передних конечностей (см. табл. 2.1). Они полагают,
что нейроны Sa относятся к звездчатым клеткам с коротким
аксоном (Гольджи II), тогда как М-нейроны — к пирамидным
клеткам с длинным аксоном (Гольджи I). Нейроны М-типа яв-
ляются филогенетически более древними, примитивными и форми-
руются в онтогенезе раньше, чем Sa-нейроны.
Мы привели эту классификацию для иллюстрации того, ка-
ковым должен быть набор функциональных тестов для оценки
функциональной характеристики корковых нейронов. Хотя эта
классификация оказывается наиболее полной, существуют данные
38
Таблица 2.1.
Свойства нейрональных популяций в соматической коре кошки
Основные свойства Ненранмые популяции
Sa Sb м
1 2 3 4
Размер рецептивного поля малый средний большой
Местоположение периферн- контралате- обе передние все четыре
ческого рецептивного поля ральная конечности конечности
Ответы на электрическую сти- только контра- только всех конечно-
мудяцню подушечки конечности латеральной передней ко- перед- них конечно- стен
Ответы на стимуляцию контра- латеральной передней Конеч- ности вечности стен
а) латентность самый корот- кий средний самый длинный
б) число спайков в ответе наименьшее среднее наибольшее
г) следование частоты разд- ражения слабое среднее наивысшее
Ответ на стимуляцию коры слабо отвечает отвечают почти
контралатерального полушария отвечает все нейроны
Ответ на стимуляцию дорзаль- почти все ней' — отвечают почти
ных столбов спинного мозга роны отвечают все нейроны
Ответ на стимуляцию дорзолате ральных столбов спинного мозга только 5% — 72% отвечают
Ответ на стимуляцию чревного нерва нет — отвечают
Ответ на стимуляцию срамного нерва нет — отвечают
Наличие аксонов в пирамидном тракте только 7-8% 28—29% 73-74%
Изменение возбудимости аксо нов пирамидного тракта после сенсорной стимуляции Рецептивные поля при натураль- ном раздражении нет все все
волоски 27% — 50%
прикосновение 53% — 26%
волоски/прикосновение 7% — 21%
Ответы на зрительную, слухо- очень слабые — большинство
вую или вестибулярную стимуля- цию ответы или все нейро- ны отвечают
Эффект локального воздействия разряд усили- — усиливается
стрихнина или бикукулина вается, прямой эффект разряд только на стимуляцию контралате- ральной перед- ней конечное-
39
1 2 3 4
Чувствительность к барбиту- слабая ти — непрямой эффект сильная, мно-
ратам Фоновая активность под хлоралозой обычно нет гие замолкают низкочастотная
под барбитуратами пачечная или отсутст- вует высокочастот-
Локализация наибольшей плот- прекоронар- прекруцнатная ные пачки околокруциат-
ностн нейронов данного типа иая извилина зона ная зона
Степень локальной изменчивости возможно неизвестно —
других исследователей, которые заставляют внести частичные
коррективы и дополнения. Показано, например, что нейроны
с локальными рецептивными полями (Sa) обладают самой низкой
фоновой активностью; прямое воздействие пикротоксина или бику-
кулина не только усиливает разряд нейрона, но и расши-
Рис, 2.8. Ответы нейронов сенсомоторной
коры на соматические раздражения (по
Пирогову),
Справа — постстимульные гистограммы (из 10 ре-
ализацию, п — число импульсов
Цифры около гистограмм показывают интенсив
иметь электрокожного стимула. Видно, что при увели-
чении интенсивности раздражении тот же нейрон кро-
ме1 коротколатентного лемнискового разряда начинает
।снернровать дополнительный поздний экстралеммис-
ковый разряд
ряет его рецептивное поле;
под хлоралозой Sa-нейроны
могут переходить в разряд
мультимодальных единиц
(М-нейроны). При создании
специальных условий (хло-
ралозовый наркоз) удается
выявить конвергенцию к од-
ному и тому же нейрону влия-
ний, реализующихся с более
длительным латентным пери-
одом. Так, в ответ на элект-
рокожное раздражение конт-
ралатеральной задней конеч-
ности от нейрона сенсомотор-
ной коры можно регистриро-
вать два импульсных зал-
па — коротко- и длиннола-
тентный (рис. 2.8.). Причем
второй возникает при боль-
шей интенсивности раздра-
жения, характеризуется би-
латеральностью проявления
и интервалом функциональ-
ных сдвигов в 2—3 раза
большим, чем первый раз-
ряд. Контрольные экспери-
менты показали, что второй
импульсный залп опосредует-
ся экстралемнисковой систе-
40
мой. Это подтверждается его сохранением после двусторонней
коагуляции медиальных лемнисков ниже их вхождения в вентро-
базальный таламус.
Начиная еще с В. Амассиана и Ч. Даунмена, ростральные
отделы неокортекса стали пристально исследоваться в качестве
проекционных зон висцеральных систем организма. Многочислен-
ные поиски завершились доказательством существования вис-
церальных сенсорных проекций на структуры сенсомоторной коры.
Перекрытие соматических и висцеральных проекций на одних
и тех же структурах неокортекса, естественно, ставило вопрос
о механизмах взаимодействия данных проекций на отдельных
нейронах. Для изучения были выбраны тазовый нерв (n. pelvicus)
и кожный нерв (п. peroneus). Одиночная электрическая стиму-
ляция последнего приводила к активации 83% исследованных
нейронов сенсомоторной коры, которые разряжались с латентным
периодом от 20 до 60 мс. Для модально специфичных ответ-
ных реакций нейронов комбинированное раздражение висцераль-
ного и соматического нервов приводило к подавлению более
длиннолатентного разряда. В других случаях все количественные
параметры и паттерны разрядов нейронов по их ответам на
соматическую или висцеральную стимуляции совпадали. Такие
нейроны были названы модально неспецифическими. Они характе-
ризовались значительными латентными периодами разрядов и на
соматическое, и на висцеральное раздражение, а также реагирова-
ли помимо названных воздействий и на световую стимуляцию. Эф-
фект висцеросоматического взаимодействия на этих нейронах
заключался, как правило, в феноменах суммации и облегчения.
Часто наблюдалось, что нейрон, реагирующий длиннолатентным
разрядом на соматическую стимуляцию, отвечал также с большим
латентным периодом и на раздражение тазового нерва. Та же
закономерность проявилась и в реакциях коротколатентных ней-
ронов.
Иными словами, было обнаружено существование нейронов,
включенных в цепь лемнисковой специфической проекции, и
экстралемнисковых, на которых легче всего выявляется взаимо-
действие разных сенсорных влияний. Если первый характери-
зует наличие самостоятельных каналов проведения висцеральной
и соматической сигнализации в кору («локальная конверген-
ция»), то вторые могут отражать эффекты взаимодействия на
докорковом уровне по принципу «проецируемой конвергенции»
(по Фессару).
Существенное отличие этих двух групп полисенсорных нейро-
нов заключается в характере их фоновой активности. Модально
специфичные клетки, как правило, обладают низкой фоновой
активностью, модально неспецифичные являются одновременно
и фоновоактивными. Поэтому допускают, что модально неспе-
цнфичные полисенсорные нейроны постоянно испытывают воз-
буждающие влияния общего тонического характера, в отличие
41
от фазных влияний модально специфичных клеток. Вероятнее
всего, модально неспецифические нейроны отражают интегратив-
ные процессы преимущественно на докорковых уровнях мозга.
Одним из факторов тонического динамогенного влияния на
нейроны сенсомоторной коры является восходящая неспецифи-
ческая активация из мезэнцефалической ретикулярной форма-
ции. Установлено, что локальная стимуляция различных зон
каудального и рострального отделов мезэнцефалической ретику-
лярной формации выявляет преобладание возбуждающих влияний
на активность разнообразных категорий корковых нейронов: кор-
тико-спинальных, кортико-рубральных, а также группы моно- и
мультивалентных соматических нейронов. Причем стимуляция
вентромедиальной области каудального отдела ретикулярной фор-
мации сопровождается коротколатентными разрядами корковых
нейронов, а стимуляция дорзолатеральной зоны — длиннолатент-
Рис. 2.9. Гистограммы распределения латентных периодов (в мс) импульсных
ответов нейронов сенсомоторной коры на раздражение вентромедиальной (.4) и
дорзолатеральной (Б) зон каудальной части мезэнцефалической ретикулярной
формации (по Сеферяну).
Числа внутри прямоугольников число нейронов, н суммарное мисло исследованных нейронов
для каждою случая.
ными разрядами (рис. 2.9). Эти возбуждающие влияния по своей
природе полисинаптические, пространственно дифференцированы
и рассматриваются в качестве важного модулирующего фактора
в организации мультисенсорной конвергенции к нейронам сен-
сомоторной коры. Таким образом, старые представления на роль
мезэнцефалической ретикулярной формации как аппарата неспе-
цифической и диффузной прямой активации неокортекса должны
быть пересмотрены. П. К-Анохин (1968) подчеркивал, что влияния
из ретикулярной формации на кору мозга не являются диффузны-
ми ни по месту своего возникновения, ни по месту своего назна-
чения. К этому следует добавить, что они не являются и пря-
мыми, а имеют на своем протяжении несколько синаптических
переключений. Наконец, по своему физиологическому знаку эти
ретикуло-кортикальные влияния могут быть как возбуждающими,
так и тормозными.
42
2.2.3. Телецептивные влияния
Локальная же конвергенция модально специфичных влияний
на мембране нейронов служит предпосылкой для активного про-
цесса внутрикортикальной интеграции. Последнее особенно четко
проявляется при исследовании пространственной организации
телецептивных входов к нейронам сенсомоторной коры. Сам по се
бе факт отражения световой и звуковой стимуляции в нейрональ-
ной активности сенсомоторной коры у наркотизированных хлора-
лозой, ненаркотизированных, но обездвиженных и, наконец, у
бодрствующих животных не вызывает сомнения.
Детально анализируя активность нейронов сенсомоторной ко-
ры, П. Бюзер пришел к выводу о наличии в этих районах
коры большого числа полисенсорных элементов, по разрядам
которых можно было судить о взаимодействии сенсорных входов
(облегчение или окклюзия). Полисенсорные нейроны расположены
в передней и задней сигмовидных извилинах кошки. Сзади этого
района лежит область специфических соматических нейронов.
Полисенсорные нейроны локализуются преимущественно в глубо-
ких слоях коры и реагируют на антидромную стимуляцию
пирамидного тракта. В хронических опытах световые и звуковые
раздражения наряду с реакцией в сенсомоторной коре сопровож-
дались эфферентным разрядом в пирамидный тракт. Предпола-
гается, что проводящие пути для различных сенсорных модаль-
ностей конвергируют или на самих корковых клетках, или на
каком-то уровне афферентного пути к сенсомоторной коре.
Статистический анализ нейронной активности в зонах проек-
ции передней и задней контралатеральной конечностей и в мото-
сенсорной коре обнаружил следующие топические различия. В зо-
нах проекции передней конечности представлено незначительное
число полисенсорных клеток, реагирующих с малой вероятностью
ответа на телецептивные стимулы. Причем латентные периоды от-
ветов достоверно отличаются. При прочих равных условиях зоны
SI(проекция задней конечности) и MI характеризуются неспеци-
фическим типом реагирования на разномодальные стимулы. По ла-
тентному периоду и вероятности ответов существенных разли-
чий не обнаруживается, и все клетки относятся к полимодаль-
ным.
Эта черта неспецифичности еще более отчетливо выявляется
при регистрации ответной активности нейронов прореальной изви-
лины. Все клетки будучи фоновоактивными оказываются поли-
сенсорными, модально неспецифичными. Их реакции, как правило,
были тоническими: либо тормозными, либо вслед за кратко-
временным учащением спайков наблюдалась длительная тормоз-
ная пауза.
Прием гетеромодального парного тестирования на нейронах
каждой из исследованных областей обнаружил следующее. Для
зоны SI и MI эффект блокирования разряда нейрона на тестирую-
43
щий стимул не зависел от модальности обоих раздражений (сим-
метричное блокирование), что свидетельствует о значительной
роли докоркового уровня взаимодействия обоих афферентных
входов. В то же время в зоне проекции передней конечности
преобладало асимметричное блокирование, т. е. блок ответа на
тестирующий стимул всегда был выражен сильнее, если обуслов-
ливающей была стимуляция передней конечности, и мог пол-
ностью отсутствовать, если в качестве последнего применялось
световое или звуковое раздражение. Это свидетельствует о су-
ществовании пространственно обособленных афферентных ка-
налов, конвергирующих к одному и тому же корковому нейрону,
на соматодендритной мембране которого и развертываются про--
цессы гетеромодального взаимодействия. Конечно, надо иметь
в виду относительный характер таких различий в отдельных
корковых зонах, обладающих свойством мультисенсорной конвер-
генции.
2.2.4. Гетеромодальные взаимодействия
Эффекты «локальной конвергенции» легче всего анализиро-
вать при использовании внутриклеточной регистрации. В специаль-
ной серии опытов изучалось взаимодействие разномодальных сиг-
налов на нейронах сенсомоторной коры. На рис. 2.3 представлены
примеры взаимодействия светового и звукового раздражений на
нейронах пирамидного тракта и интернейронах. Виден эффект
устранения второго компонента возбуждения в ответе пирамид-
ного нейрона и интернейрона на звуковой стимул в случае его
одновременного предъявления со световой вспышкой (фрагмен-
ты 2 и 5). Это явление при сочетании периферических (свет
и звук) стимулов иллюстрирует модальностное доминирование,
в данном случае светового входа над звуковым. Облегчающие
эффекты комплексной стимуляции отчетливо демонстрируются
для интернейронов даже в том случае, когда клетка не реаги-
рует на изолированное применение звукового стимула.
Если учесть, что выходные корковые нейроны и прежде всего
кортико-спинальные и кортико-рубральные — это конечные звенья
цепей внутрикорковой интеграции, то их разрядная активность
должна отражать все предшествующие этапы обработки как
интра-, так и экстракортикальных влияний для формирования
кортико-фугального залпа. Синхронизация деятельности элемен-
тов нейронного модуля коры усиливает эффективность таких
нисходящих корковых влияний, обеспечивающих регуляцию дея-
тельности нижележащих отделов мозга.
2.3. ЭФФЕРЕНТНЫЕ ПРОЕКЦИИ КОРКОВОГО МОДУЛЯ
Традиционным методическим приемом для изучения эфферент-
ных влияний коры и их топической организации до недавнего
времени считалась локальная поверхностная электрическая стиму-
44
?
1.
ляция. Этот метод был положен в основу составления карт
моторных проекций скелетной мускулатуры у различных живот-
ных и человека. Например, детальное обследование коры мозга
кошек, проведенное французскими физиологами, позволило соз-
дать соответствующую карту, согласно которой каждому участку
мускулатуры-тела соответствует строго определенная область
сенсомоторной коры.
Однако в последние годы стали появляться сомнения отно-
сительно степени достоверности столь уж жесткой организации
корковой проекции мускулатуры. Во-первых, топографическая
вариабельность от опыта к опыту оказалась весьма значитель-
ной. Во-вторых, территория коры, при стимуляции которой могли
возникать однозначные эффекты, оказалась значительно шире,
чем предполагалось вначале. В-третьих, окончательный эффект
активизации той или иной группы мышц всецело зависел от
функционального состояния животного, параметров раздражаю-
щего тока и ряда других факторов.
Ситуация стала еще более сложной и противоречивой, ког-
да начали использовать приемы более локального воздействия
электрическим током на ограниченную популяцию корковых ней-
ронов.
В связи с тем, что основной структурной единицей коры
являются нейронные модули, состоящие прежде всего из пира-
мидных клеток среднего и крупного размера, то логично до-
пустить, что их функциональные свойства проявляются через их
эфферентные влияния. Это целесообразно еще и потому, что
сенсомоторная кора, на рассмотрении которой преимущественно
строится книга, представляет собой удобный объект для анализа
соотношений афферентных входов и эфферентных выходов.
Еще в 50-х годах X. Чангом было выдвинуто предположение
о том, что сенсомоторная кора состоит из эфферентных зон,
управляющих активностью отдельных мышц и даже волокон,
и что каждая мышца представлена в коре фокальной зоной
с окружающей ее «каймой». Позже была высказана идея о су-
ществовании двух типов кортико-спинальных проекций: диффуз-
ной и локальной специфической. Все эти теоретические предпо-
ложения получили уточнения и дополнения благодаря современ-
ным методическим подходам.
2.3.1. Эффекты внутрикорковой микростимуляции
Весьма перспективной оказалась предложенная X. Асанума
методика внутрикорковой микростимуляции (ВКМС), при ко-
торой достигается локальность воздействия на кору мозга. Так,
при силе тока в 10 мкА возбуждение распространялось всего
на расстояние 90—100 мкм, т. е. в пределах одного струк-
турного модуля. В экспериментах X. Асанума с сотрудниками
были получены данные о существовании в сенсомоторной коре
45
кошек и обезьян эфферентных зон, контролирующих сокращение
отдельных мышц путем передачи своего влияния по волокнам
пирамидного тракта (миотопическая организация).
Стимуляция небольших эфферентных зон в сенсомоторной
коре кошек приводила к сокращению передней конечности.
У обезьян при раздражении током силон около 10 мкА наблю-
дались сокращения нескольких мышц. Эти эфферентные зоны
были ориентированы вертикально, параллельно апикальным денд-
ритам, диаметр таких цилиндрических зон составлял около 1 мм.
Самые низкопороговые участки в коре располагались на глу-
бине 1,5 мм от поверхности. При этом было установлено, что
возбудимость аксонов выше, чем тел пирамидных клеток. Из-
вестно, что размеры горизонтального ветвления коллатералей
аксонов пирамидных клеток достигают величины, близкой 1 мм,
что совпадает с минимальной величиной двигательной колонки,
управляющей одиночной скелетной мышцей, ВКМС коры в слое
V вызывала прямую и непрямую нисходящую волну по волокнам
пирамидного тракта, но стимуляция слоя IV сопровождалась
только непрямой волной. Для получения наиболее локальных
мышечных эффектов при ВКМС рекомендуется использовать дли-
тельность пачки импульсов 30—40 мс и частоту 300—400 циклов
в секунду.
При исследовании соотношения эфферентного выхода и аффе-
рентного входа в сенсомоторную кору у кошек и обезьян было
установлено, что афферентация в ограниченную зону коры посту-
пает от суставных рецепторов той же мышцы, которая сокра-
щается при ВКМС этой же корковой зоны. Общий вывод состоял
в допущении наличия в сенсомоторной коре колонок нейронов,
контролирующих активность каждой отдельной мышцы по прин-
ципу нервного кольца (long loop). Диаметр такого гипотетическо-
го объединения, имеющего форму вертикального цилиндра, сос-
тавлял 0,5—1,0 мм. Причем сенсомоторная кора получает прямые
сенсорные входы из таламуса (VPL и VL), минуя релейные
переключения в соматосенсорной коре. Таламические источники
соответствующих проекционных волокон для этих двух областей
коры также не совпадают.
Однако группа оксфордских физиологов во главе с Филипсом
оспаривает идею существования мозаичного представительства
мышц в СМК. В опытах на обезьянах ими было показано,
что размеры участка сенсомоторной коры, поверхностная сти-
муляция которого вызывает моносинаптические ВПСП, достигают
величины 6,0 мм X 5,5 мм. Они считают поверхностную сти-
муляцию более локальной, а ВКМС, по их мнению, приводит
только к транссинаптической активации клеток пирамидного трак-
та посредством возбуждения афферентных входов к ним, ло-
кальный же эффект может быть связан со специфической орга-
низацией этих волокон. Кроме того, эти авторы подвергают
сомнению существование функциональных дискретных колонок,
46
но допускают наличие перекрывающихся колоний в сенсомо-
торной коре, влияния каждой из которых конвергируют на одном
и том же мотонейроне (рис. 2.10). Несмотря на то, что до-
полнительные эксперименты X. Асанума и сотрудников подтвер-
дили локальность распространения возбуждения (от 0,4 до 1,0 мм)
по тангенциальным волокнам в случае ВКМС, в методическом
плане трактовка эффектов стимуляции коры еще не решена
окончательно. Метод ВКМС способен выявить некоторые свя-
зи коры головного мозга с эфферентными ядрами ствола и спин-
ного мозга, но не может приблизить нас к пониманию истин-
ных механизмов участия корковых нейронных модулей в управле-
нии целостным двигательным актом. Обсуждая эффекты ВКМС,
fl. Сентаготаи и А. Арбиб
(1976) пишут: «...не следу-
ет... переходить к опасным
обобщениям и на основании
данных о тесной связи входа
и выхода в сенсомоторной
коре строить упрощенную
рефлекторную теорию актив-
ности коры даже в узких рам-
ках объяснения исследова-
тельских двигательных ак-
тов. Тем не менее тесная
связь входа и выхода может
быть принята как один из
крайних случаев в пределах
широкого спектра возмож-
ных решений — от простой
рефлекторной дуги до слож-
ных систем...»
Современные данные ней-
рофизиологов и нейроморфо-
логов свидетельствуют о том,
что весьма локальная низко-
пороговая зона в коре мо-
жет проецироваться на не-
сколько мотонейронов, и, сле-
Рис. 2.10. Схема организации кортико-мо-
тонейронного представительства (но Ан-
дерсену).
Кортико-фугальные нейронные модули, проецирую-
щиеся на один мотонейрон спинного мозга, образуют
колонию. Корковые модули различных колоний сильно
перемешаны. Наиболее плотное расположение нейрон
пых модулей, проецирующихся на один и тот же
мотонейрон, совпадает с самым «нюкопорогопым»
пунктом коры. Мотонейроны иннервируют различные
мышцы (Mi и
довательно, один кортикальный фокус может осуществлять конт-
роль за несколькими двигательными единицами. С другой сто-
роны, несколько не связанных между собой фокусов в коре
могут конвергировать на одну и ту же двигательную единицу.
Эти два последних момента могут служить основой для обес-
печения высокой пластичности корковых нейронных модулей и их
динамического участия в выполнении различных форм двига-
тельных координаций.
Группа канадских исследователей, применяя ВКМС прецент-
ральной коры бодрствующих обезьян, постулировала гнездно-
47
кольцевую организацию эфферентных зон передней конечности:
зона, управляющая движением пальцев, окружена зоной кисти,
которая в свою очередь окружена зоной предплечья и т. д.,
причем эти зоны перекрываются. При этом обнаружено лишь
приблизительное соответствие сенсорного входа и моторного вы-
хода, хотя в работах других авторов с использованием тех-
ники ВКМС у обезьян показаны случаи топографического совпа-
дения входа-выхода в прецентральной коре.
Таким образом, наличие нейронных структурных модулей в
сенсомоторной коре сопоставляется с возможностью получения
локальных мышечных эффектов при ВКМС. Создается впечатле-
ние о существовании достаточно стабильных миотопически орга-
низованных кортико-спинальных отношений, в которых нейрон-
ный модуль выступает в роли локального источника эфферент-
ного контроля за деятельностью мышцы или группы мышц, по
крайней мере, дистальных отделов передних конечностей. Однако
не до конца выявлен механизм ВКМС, что не позволяет за-
нять однозначной теоретической позиции о характере организа-
ции эфферентной функции сенсомоторной коры.
Д. Н. Ленковым и другими проведены специальные экспери-
менты по регистрации активности двигательных единиц (ДЕ)
при биполярной ВКМС сенсомоторной коры кошки. Цель иссле-
дования состояла в выяснении размеров эфферентной зоны, ВКМС
которой приводит к ответам ДЕ одной мышцы — глубокого сги-
бателя пальцев. В опыте расстояние между концами стеклян-
ных микроэлектродов составляло 40—50 мкм, что позволяло
достичь высокой плотности тока в объеме корковой ткани, близ-
ком к размерам одного нейронного модуля. «Эффективные» треки
отстояли всего на 0,5—1,0 мм от параллельных «неэффективных»
треков, наиболее стабильный ответ ДЕ возникал при положе-
нии микроэлектродов на глубине 1,7—1,9 мм, минимальное коли-
чество импульсов в серии, достаточное для вызова ответа ДЕ, сос-
тавляло 7—8, По мере возрастания длительности и интенсивности
ВКМС вначале наблюдалось увеличение стабильности ответа,
а затем вовлечение все новых и новых ДЕ. Во всех опытах
использовалась нембуталовая или тиопенталовая анестезия.
Одним из наиболее существенных моментов, определяющих
эффективность ВКМС, является текущий уровень возбудимости
нейронов спинномозговых сегментов. Для его повышения исполь-
зовали оптимизацию положения дистальных суставов передних
конечностей или растяжение глубокого сгибателя пальцев грузом,
оттягивающим коготь среднего пальца. Оба приема приводили
к отчетливому облегчению мышечных ответов и снижению порога
ВКМС (рис. 2.11). Подпороговое растяжение мышцы, при котором
импульсация ДЕ отсутствовала, также приводило к возникно-
вению разряда на ранее неэффективную ВКМС. Высказано пред-
положение о том, что сегментарная естественная активация повы-
шает возбудимость мотонейронного пула, при которой эффек-
48
тинной оказывается ВКМС не всей колонии корковых пирамидных
клеток, иннервирующих данную мышцу, а лишь какой-то ее
части. При этом локализация в коре эффективной зоны для
глубокого сгибателя пальцев и ее размеры в условиях данных
экспериментов были весьма стабильными.
В опытах на крысах методические подходы были теми же,
что и на кошках. Был подтвержден факт значительной зави-
симости эффектов ВКМС от положения суставов и уровня тони-
ческого напряжения мышц. Как правило, использовалась до-
полнительная активация сегментарных механизмов с помощью
растяжения или сдавливания мышц. Все это лишний раз под-
черкивает подпороговый характер возбуждения спинальных мото-
нейронов при ВКМС. На основании измерения латентных перио-
дов допускают, что часть мышечных ответов была вызвана пря-
мым раздражением кортико-спинальных нейронов. Иногда при
ВКМС одной эффективной точки в глубине коры разряд двух
ДЕ возникал только в одной из мышц, в то время как в ос-
тальных мышцах голени и стопы ЭМГ-ответ вызвать, не удалось,
несмотря на изменения
тивации.
Рис. 2.11. Изменение ЭМГ-активности
задней конечности крысы под влия-
нием внутрикорковой микростимулиции
(по Ленкову и Вольновой).
Ответь! двигательных единиц мышц.* Л ~ — паль-
цев, 3— стопы,4 — голени. Глубина фокуса внут-
рнкорковой микростимулянии: 1,9 мм для / н 2,
2,0 мм для 3 и 1,4 мм для 4; 2 и 3—на фоне
растяжения мышц; / я 4 — без нагрузки. Калиб-
ровка; 100 мкВ, 5 мс (для /) и 10 мс (для
2—4).
и мышечной натуральной ак-
На рис. 2.12 показаны зоны, контролирующие активность
мышц соседних частей одной конечности. Несмотря на то, что
эти зоны частично перекрываются, можно говорить о тонкой
пространственной дифференцированности зон моторного предста-
вительства мышц, принадлежащих дистальным суставам, в нео-
кортексе крысы. Последнее свидетельствует о возможности сома-
тотопической организации моторных выходов неокортекса крысы
от различных участков коры. Обращает на себя внимание отчет-
ливый переход между областями коркового контроля передней
и Задней конечности и лицевой мускулатуры без существенного
перекрытия. Стимуляция на границах этих областей приводит
к смешанной активации разных частей тела.
Эффекты ВКМС могут свидетельствовать о наличии миото-
нической проекции в коре крыс. Локальный эффект ВКМС опосре-
дован через афферентные и эфферентные аксоны и обязан своим
возникновением возбуждению одного нейронного модуля.
Рис. 2.12. Карта положения зон моторного представительства частей тела в коре
крысы по данным поверхностной анодной стимуляции (по Вольновой).
Ответы на стимуляцию коры: а—пальцев стопы. 6 — стопы; в — голени и бедра; г—пред-
плечъя; д — вибрисс На контур полушария нанесена миллиметровая сетка. Нуль — уровень брегмы.
Совершенно иная картина отмечалась в экспериментах на
бодрствующих кроликах, у которых трудно было выявить обособ-
ленную зону контроля даже в моторном представительстве пе-
редней лапы. Характерна общая расплывчатость моторного пред-
ставительства туловища, высокие пороги ВКМС, что связывают
с отсутствием у кроликов прямых кортико-спинальных путей
в поясничные сегменты спинного мозга, обусловленным преиму-
щественно опорной функцией конечностей (в отличие от мани-
пуляторной функции передних конечностей у крыс).
2.3.2. Корковый модуль
и спинальный мотонейронный пул
Для понимания природы локальных мышечных эффектов
ВКМС целесообразно привести морфологические сведения о ха-
рактере окончаний кортико-спинального тракта. Так, при помощи
метода ретроградного аксонального транспорта пероксидазы хре-
на было показано диффузное распределение тел кортико-фугаль-
пых нейронов, аксоны которых оканчиваются в разнесенных сег-
ментах спинного мозга крысы, что позволило отрицать сомато-
топическую организацию сенсомоторных областей коры у крыс.
Тем же пероксидазным методом на морских свинках обнару-
жены на поверхности париетальной коры две специфические
зоны, посылающие волокна либо к цервикальным, либо к люмбаль-
ным мотонейронам, а также общая корковая зона, имеющая
выходные нейроны к обоим уровням спинного мозга. Поэтому воп-
рос о существовании корковой соматотопии у крыс еще нельзя
50
признать решенным до настоящего времени. Что же касается
кошек, то существующие представления о тонкой топографической
дифференцированности эфферентной корковой проекции скелет-
ной мускулатуры требуют существенных поправок. Достаточно
упомянуть весьма элегантные работы X. Шинода (1980) с ис-
пользованием электрофизиологической техники и внутриклеточ-
ной инъекции пероксидазы хрена. Предварительные электрофи-
зиологические эксперименты на сенсомоторной коре кошек пока-
зали, что кортико-спинальные нейроны проецируются к несколь-
ким сегментам с множественными аксонными коллатералями,
обеспечивающими широкую дивергенцию кортикальных импульс-
ных потоков по быстрым и медленным эфферентным волокнам.
Такие же данные были получены и на обезьянах. Более того,
оказалось, что отдельные нейроны пирамидного тракта заканчи-
ваются на различных мотонейронных пулах спинного мозга, иннер-
вирующих разные мышцы. В морфологических исследованиях
на обезьянах пероксидаза хрена вводилась внутриаксонально
с помощью ионофореза на цервикальном уровне. Дополнительно
пероксидаза вводилась в различные мышечные нервы (иннер-
вирующие дистальные мышцы передней конечности), чтобы иден-
тифицировать соответствующие мотонейроны. Результаты наблю-
дений полностью подтвердили электрофизиологические экспери-
менты о том, что один кортико-спинальный аксон, выходя из корко-
вой зоны проекции руки, заканчивается на различных мотоней-
ронных пулах, как правило, на дистальных дендритах спиналь-
ных мотонейронов. Проксимодендритные контакты были более
редкими. Следовательно, кортико-спинальные волокна заканчива-
ются на различных мотонейронах, иннервирующих различные
мышцы. Такая широкая дивергенция супраспинальных влияний
является специфической чертой кортико-спинальных нейронов
сенсомоторной коры, что подтверждено и другими исследова-
телями.
Итак, возникает вопрос: как сопоставить наличие локальных
мышечных эффектов при ВКМС одного нейронного модуля с
отсутствием локальных кортико-мотонейронных связей даже у при-
матов? Выход из этого противоречия можно найти, применив
принцип величины Хеннемана к анализу механизмов кортикаль-
ного контроля за деятельностью мотонейронного пула.
Напомним, что каждой отдельной мышце в спинном мозге
соответствует популяция а- и у-мотонейронов (пул), обладающих
Различными функциональными характеристиками, статистически
распределенными в пределах пула. Основная задача пула — пре-
образование входных управляющих сигналов (сегментарных и
надсегментарных) в команды к мышцам. Порядок вовлечения
Мотонейронов обусловлен их формой, размером и возбудимостью
(принцип величины Хеннемана). При этом известно, что каждое
афферентное волокно (например, группы 1а) проецируется почти
на все мотонейроны пула (дивергенция), тогда как каждый
51
отдельный мотонейрон — мишень для конвергенции множества
афферентных входов. Характер проекций на разные клетки отли-
чается лишь локализацией входов на сомадендритной мембране.
Большие мотонейроны обладают большим числом входов, чем
малые мотонейроны. Однако ввиду большой возбудимости
малых мотонейронов (их более низкого порога) при одной
и той же величине возбуждающего потока они будут сра-
батывать прежде больших, фазических мотонейронов. Каж-
дый мотонейрон начнет разряжаться только по дости’-
женин строго определенной «нагрузки» независимо от того,
каким путем (афферентным или супраспинальным) достигнуто
это значение нагрузки.
При активации больших мотонейронов одновременно активи-
руются и малые клетки. В связи с различием пороговой вели-
чины для обеих групп клеток у малых мотонейронов создает-
ся избыток возбуждающих влияний, вследствие чего они становят-
ся более устойчивыми к тормозным влияниям — при включении
тормозных влияний клетки будут замолкать в строго обратном
порядке рекрутирования. Тормозной вход (как и супраспиналь-
ный) обладает теми же характеристиками распределения на
мембране мотонейрона, как и возбуждающий. Основной функцией
тормозного входа является поддержание строго определенного
порядка рекрутирования путем снижения эффективности возбуж-
дающих влияний. Распределение остальных входов может быть
в принципе сходным в пределах одного мотонейронного пула.
Следовательно, стабильность и локальность эффектов стиму-
ляции кортикального нейронного модуля обусловливается отно-
сительной анатомической жесткостью кортико-мотонейронной сис-
темы и поддержанием относительно постоянных функциональ-
ных взаимоотношений в пределах элементов одного мотонейрон-
ного пула. В то же время изменчивость эффектов ВКМС, их за-
висимость от характера стимуляции, интенсивности сегментарных
рефлекторных влияний может характеризовать диапазон подвиж-
ности функциональных взаимоотношений на спинальном уровне
иннервации. Рассмотрение подобного объяснения снимает многие
противоречия в толковании механизмов ВКМС, ибо принимает
во внимание не только кортикальный, но и спинальный уровни.
Иными словами, периферический эффект какого-либо воздействия
на мозговую ткань зависит, по крайней мере, от двух слага-
емых факторов: функционального состояния раздражаемой струк-
туры мозга и функционального состояния того периферического
аппарата, иннервация которого изучается (принцип Введенского).
Не задаваясь целью анализировать спинальные механизмы,
заметим, что принцип величины Хеннемана (разработанный для
спинного мозга) можно рассматривать как дальнейшую дета-
лизацию принципа воронки и общего пути Шеррингтона и счи-
тать применимым к различным уровням центральной нервной
системы вплоть до коры больших полушарий.
52
Поэтому мы не усматриваем противоречий в выводах разных
авторов относительно степени распределенности корковых проек-
ций, контролирующих работу отдельных мышц или групп мышц.
Структурный нейронный модуль в коре мы считаем анатоми-
чески закрепленным выражением стабильных связей между эле-
ментами модуля и между модулем как единым целым и теми
спинальными мишенями, на которые он дивергентио проеци-
руется. Локальность же эффекта кортикальной активации при
ВКМС модуля достигается не только за счет специфики внут-
рикорковых отношений, но и благодаря текущему функциональ-
ному состоянию отдельного спинального мотонейронного пула
и межсегментарным влияниям.
2.4. МЕЖМОДУЛЬНЫЕ ВЗАИМООТНОШЕНИЯ
И ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ОБЪЕДИНЕНИЯ МОДУЛЕЙ
Напомним, что большинство структурных модулей — верти-
кальных цилиндров — имеют наружный диаметр около 100—
130 мкм и включают в свой состав несколько пирамидных нейронов
разных слоев коры. Наблюдая тангенциальные срезы коры, еде
данные на уровне IV—V слоев, можно видеть, что структур-
ные объединения пирамидных клеток располагаются не стохас-
тически, а по кругу, что позволяет обнаружить объединения
более высокого порядка, имеющие концентрическую конфигура-
цию (рис. 2.13). Наружный диаметр таких объединений дости-
гает 330—350 мкм. Естественно стремление выявить взаимоот-
ношения между компонентами такого объединения, т. е. между
отдельными структурными модулями.
Схема эксперимента была следующей. Производилась внутри-
клеточная регистрация постсинаптических ответов идентифици-
рованного кортико-рубрального нейрона на стимуляцию волокон
пирамидного тракта (рис. 2.14). Типичная реакция, возникающая
при этом на мембране кортико-рубральной клетки, — длитель-
ный тормозный постсинаптический потенциал (ТПСП). Исследо-
вания обратных отношений, т. е. постсинаптических ответов ней-
рона пирамидного тракта в ответ на стимуляцию кортико-руб-
ральных волокон, не выявили подобных реакций. Предполагается
поэтому, что кортико-спинальные клетки одного нейронного мо-
дуля могут осуществлять субординационный тормозной контроль
кортико-рубро-спинальной системы по механизму возвратного
торможения.
Существуют данные о том, что максимальная концентрация
нейронов кортико-рубрального и пирамидного трактов наблю-
дается в зонах проекции сенсомоторной коры к дистальным мыш-
цам конечностей, в частности к пальцевым и кистевым. По-ви-
ДИмому, несмотря на ряд сходных структурных и физиологи-
ческих характеристик нейронов некоторых категорий, функцио-
нальное назначение их неодинаково, а взаимодействие в ходе
53
контроля движений специфично. Подобно медленным нейронам
пирамидного тракта, клетки кортико-рубрального тракта пред-
назначены для позно-тонической активации флексорных и главным
образом дистальных групп мышц. Фазическая активация этих
же мышц требует выключения фоновомолчащих быстрых нейро-
нов пирамидного тракта. Последнее достигается за счет уве-
личения интенсивности возбуждающих входных влияний на блок
пирамидных проекционных нейронов, так как нейроны пирамид-
ного тракта, более крупные по размеру сомы, имеют и более
Рис. 2.13. Схема функциональных объединений структурных нейронных моду-
лей СМК кошкн (по Батуеву и Бабминдре),
Одиночный структурный модуль в виде цилиндра имеет внешний диаметр порядка 100 —130 мкм.
4—6 модуля могут сгруппироваться в функциональные концентрические объединения, между кото-
рыми могут существовать как облегчающие, так и взанмотормозиые отношения (наружный диаметр
порядка 330 360 мкм). Большие функциональные объединения с наружным диаметром порядка
К(К1— 1200 мкм из нескольких концентрических объединений модулей строятся на основе ветвлении
аксонной коллатерали (/) пирамидных нейронов, ветвлений таламического афферента (2) и ветв-
лений аксона корзинчатой клетки (<?). Стрелками показано направление восходящей и нисходящей
импульсации.
высокий порог для генерации разряда, чем медленные нейроны.
При этом высокая степень синхронизации активности отдель-
ного структурного модуля обеспечивается обильными возвратны-
ми возбуждающими влияниями медленных нейронов пирамидного
тракта на быстрые, а позно-тонический компонент устраняется за
счет торможения активности кортико-рубро-спинальной системы
на нескольких уровнях: за счет субординационного торможения
нейронов кортико-рубрального тракта в пределах сенсомоторной
коры, а также рубро-спинальных нейронов, благодаря включению
локальных тормозных интернейронов в красном ядре при воз-
буждении коллатералей аксонов быстрых нейронов пирамидного
54
тракта (рис. 2.15). Однако такой тип взаимоотношений не может
рассматриваться в качестве единственного. Важно лишь подчерк-
нуть динамический характер участия того или другого струк
турного модуля в функциональном объединении более высокого
порядка.
Рис. 2.14. Влияние активации пирамидного тракта на ПСП кортико-рубраль-
ного нейрона (по Батуеву).
Справа: идентификация КРН производится путем антидромной стимуляции красного ядра (фраг-
мент 4). Затем через электроды, введенные в пирамидный тракт на уровне ножек мозга, произ-
водятся антидромная активация НПТ с одновременной регистрацией ПСП из КРН (фра1мент />)
В качестве контроля используется стимуляция кожного нерва (фра1мент В).
I — потенциалы поверхности коры в зоне погружения микроэлектрода; 2— ПСП. Отчетливо зндно,
что при стимуляции ножек мозга в КРН регистрируются первичный Т11СП. Калибровочный тол-
чок тока вверх перед артефактом стимуляции: 3 мВ.
В последнее время появляются сведения о наличии в коре аксо-
аксональных связей. Т. А. Брагиной описаны аксо-аксональные
контакты в сенсомоторной коре кошки. Пресинаптическая часть
такого синапса образована аксонной коллатералью, по-видимому,
пирамидного нейрона, а постсинапсом служит участок перехвата
Ранвье аксона другой пирамидной клетки III слоя. Причем пре-
синаптический бутон заполнен овальными мелкими синапти-
ческими везикулами. Не исключено, что наряду со специфи-
ческими тормозными интернейронами как аппаратами постсинап-
тического торможения дистантное возвратное торможение может
осуществляться по механизму срочной гиперполяризации аксона
выходного коркового нейрона, препятствуя тем самым проведе-
нию по нему импульсного залпа.
Следует признать, что до сих пор окончательно не известно,
что же является тем фактором, который определяет состав обшир-
ных функциональных объединений модулей. Имеются сведения
о разветвлениях специфического таламического афферента в сен-
сомоторной коре кошки на расстоянии порядка 300—1000 мкм.
На основании этого можно представить себе участок коры прибли-
зительно диаметром 1 мм, элементы которого синхронно воз-
буждаются одним таламическим афферентом. Поэтому предполо-
жение Лоренте де Но о том, что каждая колонка нейронов
получает терминали одного специфического афферента, не может
быть признано обоснованным, так как не подтверждено сов-
ременными нейроморфологическими данными.
Рис. 2.15. Основные пути взаимодействия между нейронами пирамидной (кор-
тико-спинальной) и кортико-рубральной систем при слабой тонической (а) и уси-
ленной фазической (Б) активности (по Ленкову).
а — клетка в состоянии покоя, б — состояние умеренного возбуждения; с — состояние интенсив-
ного возбуждения; d — состояние умеренного торможения; е — состояние интенсивного торможения.
Гнезда эфферентных корковых нейронов располагаются в виде структурных модулей. Между апи-
кальными дендритами возможны случаи электрического взаимодействия, которое обеспечивает син-
хронное вовлечение большинства нейронов модуля в формирование эфферентных импульсных раз-
рядов. Последние распространяются с разной скоростью по медленным нейронам пирамидного трак-
та (НПТн) н быстрым (НПТц). а также по кортнко-рубралъным нейронам (КРН), которые по ско-
рости проведения приближаются к НПТц. На схеме ие приведены обильные возвратные облегчающие
влияния НПТМ на НПТс. По возвратным коллатералям аксонов НПТИ н НПТй активируются тор-
мозные интернейроны (ИН) в коре, которые могут привести к состоянию умеренного торможения
все нейроны соседнего модуля При этом рубро-спннальные нейроны (РСН) находятся в состоянии
умеренной активности (случайД) При усиления возбуждения одного модуля (случай Б) не только дости-
гается интенсивное субордянациоиное торможение соседнего модуля (и его кортико-рубральных эле-
ментов), но благодаря встроенным тормозным интернейронам (ИН) интенсивно тормозятся рубро-
спннальные клетки (РСН) красного ядра.
Эта схема может быть использована для объяснения одного из возможных механизмов меж-
модульного взаимодействия с участием встроенных тормозных интернейронов.
Следовательно, характер ветвления одного таламического аф-
ферента (при обязательном учете структурного их перекрытия
в коре) является важнейшим экстракортикальным фактором фор-
мирования функциональных объединений. Два других фактора
относятся к интракортикальным. Во-первых, длинные, порядка
1000 мкм, горизонтально идущие коллатерали аксонов нейро-
нов пирамидного тракта образуют касательные контакты с ши-
пиками апикальных дендритов. Во-вторых, длинноаксонные звезд-
чатые клетки образуют корзинчатые сплетения вокруг пирамид-
ных клеток. Их именуют поэтому корзинчатыми клетками, при-
56
писывая тормозную функцию. Зона ветвления аксонных коллате-
ралей такой клетки имеет диаметр порядка 1000 мкм. Получены
доказательства двойного происхождения терминалей корзинчатого
сплетения: от корзинчатых клеток и от проекционных афферен-
тов. Дополнительно было установлено, что в состав таких спле-
тений могут входить также терминали ассоциативных афферен-
тов.
Следовательно, функциональные объединения высоких поряд-
ков, имеющие размер, который определяется пределами ветвления
таламического афферента, аксонными коллатералями пи-
рамидных клеток (возбуждающие влияния) и корзинчато-пира-
мидным типом связи (тормозные влияния), приближаются по
своей характеристике к «функциональным моторным единицам».
Мы находим сходство описанной иерархии нейронных объеди-
нений с «колониями» Филлипса и полагаем, что хотя структурные
модули и имеют предпосылки для формирования синхронного
эфферентного выхода, однако они вряд ли могут иметь самос-
тоятельное значение в управлении движениями. Скорее, это струк-
турные блоки, кирпичи, из которых складываются гораздо более
крупные и сложные функциональные объединения (рис. 2.16).
Рис. 2.16. Схема функциональных объединений нейронных модулей в горизон-
тальном плане (по Бабминдре и Батуеву).
Несколько структурных модулей могут формировать более крупные подвижные концентрические
объединения, носящие функциональный характер. Один к тот же модуль может быть вовлечен в работу
разных функциональных объединений яа правах совоэбужлемного агониста или заторможенного антаго'
ниета.
Имея в виду широкое перекрытие рецептивных полей даже в преде-
лах одного нейронного модуля, легче допустить не мио-, а сомато-
топический (органотопический) способ проекции,когда в пределах
функционального объединения модулей представлена преиму-
щественно определенная мышечная группа — у кошек, относя-
щаяся в основном к дистальным отделам передних конечностей.
57
Корковое управление данной частью скелетно-мышечного аппа-
рата достигается координацией между элементами этого объеди-
нения, в результате чего формируется гетерохронные и разно-
направленные эфферентные влияния ко многим двигательным
центрам и сенсорным релейным ядрам.
В предыдущей главе мы рассматривали некоторые теорети-
ческие соображения В. Маунткасла (1981) и Дж. Экклса (1981)
о модульной организации коры, которые в значительной мере
базируются на современных данных нейроморфологии, а также
фактический материал о конструкции коркового- нейронного мо-
дуля.
Несомненно, что отдельные модули входят в состав более
крупных объединений и могут вовлекаться в различные формы
мозговой деятельности. В. Маунткасл (1981) предложил теорию
распределенных систем мозга, которая базируется на трех основ-
ных факторах:
1. Основные структуры головного мозга построены по прин-
ципу повторения одинаковых многоклеточных единиц — модулей,
«по своему качественному характеру функция обработки инфор-
мации в новой коре одинакова в разных областях».
2. Внешние связи между крупными образованиями мозга
многочисленны, избирательны и специфичны.
3. Вся группа модулей разбита на подгруппы, из которых каж-
дая соединена своей системой связей с такими же обособлен-
ными подгруппами в других отделах мозга. «Связанные между
собой группы модулей нескольких структур мы называем
распределенными системами» (разр. моя- — А. Б.).
Крупные структуры мозга как части распределенных систем при-
дают каждой из них свойство, определяемое связями, общими
для всех подгрупп модулей этой структуры и специфическим
качеством их внутренней активности. Таким образом, модули
распределенных систем связаны между собой в «эшелонирован-
ные» параллельные и последовательные объединения. Такая рас-
пределенная система характеризуется избыточностью потенциаль-
ных командных пунктов, и командная функция в разное время
может локализоваться в разных участках системы, особенно
там, куда приходит самая срочная и нужная информация. По-
этому у такой системы много входов и выходов, а функция как
свойство ее динамической активности заключена в системе как
таковой.
При всей привлекательности такого подхода к пониманию
функций мозга его нельзя признать оригинальным, ибо более
полувека тому назад А. А. Ухтомский выдвинул представле-
ние о существовании в мозгу «доминирующих динамических
констелляций», которые по своей сути ничем не отличаются
от распределенных систем В. Маунткасла.
Тем не менее в теоретических размышлениях обоих физиоло-
гов отсутствовало чрезвычайно важное звено, касающееся нейро-
58
физиологических механизмов формирования («сборки») и под-
держания столь обширных нейронных объединений в единой
рабочей системе. В этой связи нам представляются принципиаль-
но важными гипотетические предположения Дж. Экклса (1981)
о механизмах межмодульной интеграции. Автор считает, что
корковый модуль может участвовать в неограниченном числе
сложных систем модулей, которые он именует пространственно-
временными паттернами. В основу своей концепции Дж. Экклс
положил три фактора:
1. Имеет место точная проекция из одного коркового модуля
к нескольким обособленным группам модулей в том же полу-
шарии и к зеркальному фокусу в противоположном полушарии.
Последнее по обратным комиссуральным и ассоциативным связям
проецируется на тот же начальный модуль, обеспечивая пред-
посылки для петель реверберации как внутри-, так и межполу-
шарной.
Ма
Рис. 2.17. Упрощенная схема связей в неокортексе
в соответствии с теорией церебрального обучения
Экклса.
Горизонтальные волокна, возникающие как продукт бифурка-
ции аксонов комиссуральных (Ком) н ассоциативных (ас) волокон,
а также аксонов клеток. Мартинотти (Ма), образуют синапсы
с апикальными дендритами звездчатых клеток в модуле В и пи-
рамидных клеток в модулях Л и Б Внизу модуля /4 показана
итяпиковая звездчатая клетка с аксоном (ИН), образующим ка-
сательные (cartridge) синапсы (КС) со стволом апикального денд-
рита пирамидной клетки (ПН). Обусловленные гипертрофией (в ре-
зультате совпадения импульсных влиянии, см. текст) ассоциатив-
ные волокна из модуля В увеличивают синапсы на апикальных
дендритах пирамидной клетки в модуле А.
2. Такие же кольца реципрокных связей существуют между
корой и таламусом, которые обеспечиваются крупными пирамида-
ми V слоя, свободными от аксо-аксонального внутрикоркового
торможения. Эти кольца могут служить основой для таламо-
кортикальной реверберации, в результате чего активируются (с по-
59
мощью таламо-кортикальных входов) касательные синапсы на |
апикальных дендритах пирамидных клеток слоя V. |
3. Апикальные дендриты крупных корковых пирамид обра- I
зуют в I и II слоях касательные синапсы с проходящими го- |
ризонтально аксонами, которые принимают участие в механизме |
формирования и считывания следов памяти (рис. 2.17). I
Эти положения позволили высказать гипотезу, согласно кото- |
рой при временном совпадении активации апикальных дендри- j
тов пирамид через касательные синапсы и проведении ймпуль- 1
сации по горизонтальным аксонам I слоя происходит гипертро- |
фия ограниченной популяции синапсов этих горизонтальных во- |
локон с апикальными дендритами тех же самых пирамид этого |
модуля. На рис. 2.18 показано толстыми линиями, что когда >
Рис. 2.18. Схема больших объединений модулей в горизонтальном плане
(по Экклсу).
Каждый Модуль показан кружком Из двух модулей образуется множество радиальных горизон-
тальных волокон, которые уходят за пределы показанного участка. Ка*Д.ык претерпевает непре-
менную бифуркацию в слое I и II так, что количество радиальных волокон удваивается в срав-
нении с числом вертикальных входов •- ассоциативных, каллозальных и клеток Мартинотти. В не-
которых модулях ррнсходнт гепертрофия синапсов благодаря проходящим горизонтальным волокнам,
что показано утолщением линии. Такие горизонтальные волокна распределяются не равномерно,
а преимущественно в каком-то одном направлении
два соседних модуля активированы кортико-кортикальными и
(или) таламо-кортикальными входами, многие из радиально рас-
ходящихся от них горизонтальных волокон потенциируют синап-
тические контакты с дендритами пирамидных клеток в слоях
I и II в других модулях. Сама по себе активация синапсов
в слоях I и II весьма незначительна в связи с удален-
ностью от триггерной зоны, но она может быть увеличена бла-
60
годаря включению пирамиды V слоя в реверберационное коль-
цо. Такая продолжительная активация значительно усиливает
возбуждение касательных синапсов, которые играют ключевую
роль в гипотезе Дж. Экклса о гипертрофии синапсов горизон-
тальных волокон с апикальными дендритами пирамид (возможно,
это шипико-шипиковые синапсы). В одно и то же время шипико-
вые звездчатые клетки переключают импульсацию на дендриты пи-
рамид слоя V и вызывают растормаживающее действие (через
клетки с двойным букетом дендритов) на мини-колонку пира-
мидных клеток. Так может усиливаться слабый сигнал, посту-
пающий к апикальным дендритам, и тем самым осуществлять изби-
рательную активацию нейрона. Таковы гипотетические механизмы
формирования корковой пространственно-временной структуры
(матрицы), которые рассматривает Дж. Экклс, исходя из модуль-
ного принципа организации неокортекса.
2.5. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Как уже отмечалось, нейронный модуль рассматривается в ка-
честве основной структурной единицы коры. Его конструкция
задана генетически и развертывается в динамике пре- и пост-
натального онтогенеза (см. главу 4). Основными элементами
конструкции модуля являются гнездно расположенные пира-
мидные клетки разных слоев коры, апикальные дендриты которых
собраны в относительно плотные дендритные пучки. Последние
рассматриваются в качестве основного интегрирующего фактора
элементов модуля, который обеспечивает их вовлечение в синхрон-
ную деятельность. Наряду с элементарными нейронными моду-
лями описаны более обширные их объединения, носящие скорее
всего функциональный характер. В пределах таких функциональ-
ных объединений между отдельными структурными модулями
устанавливаются определенные весьма подвижные взаимоотно-
шения, которые могут носить как синергичный, так и антаго-
нистический характер.
Существенной чертой структурного нейронного модуля являет-
ся участие в его конструкции пирамидных нейронов с разными
функциональными свойствами и прежде всего уровнем возбуди-
мости, а также с различным адресатом их аксонных выходов
и скоростью проведения по ним к красным ядрам, ядрам моста
и спинного мозга. При этом важным является установление
факта широкой конвергенции различных сенсорных влияний прак-
тически ко всем элементам нейронного модуля. Все это вместе
взятое наводит на мысль о существовании общих черт в конст-
рукции коркового нейронного модуля и мотонейронного пула
спинного мозга, что позволяет распространить принцип Хеннемана
ва деятельность коры больших полушарий. Если принять во
внимание достаточно низкую возбудимость крупных эфферент-
ных пирамид, то становится физиологически оправданным тот
61
широкий спектр аксональных систем, которые, конвергируя к од-
ному и тому же нейрону, облегчают пространственно-времен-
ную суммацию и формирование эфферентного импульсного залпа.
Последний будет достигать своих мишеней с разной скоростью
по аксонам быстро- и медленнопроводящих нейронов пирамид-
ного тракта. По-видимому, синхронное вовлечение элементов ней-
ронного коркового модуля не исключает дисперсности проведения
по его нисходящим аксонам. Так, путем сравнения латентных
периодов антидромных разрядов нейронов пирамидного тракта'
и кортико-рубральных нейронов показано бимодальное распреде-
ление в первом случае и унимодальное — во втором. Скорости
проведения по быстрым волокнам ПТ составляют 25—85 м/с, а по
медленным — меньше 25 м/с. Диапазон скоростей проведения по
аксонам кортико-рубрального тракта находится в пределах 8—
23 м/с, что свидетельствует о малом калибре их аксонов, как
и медленных нейронов пирамидного тракта.
Топографическая соматотопия определяет в самом первом
приближении распределение кортикальных структур, управляю-
щих той или иной частью скелетно-мышечной системы. Более
же тонкие внутрисистемные отношения, базирующиеся на воз-
можности использования обширных функциональных объедине-
ний, устанавливаются в ходе постнатального онтогенеза. Иными
словами, приблизительная соматотопия служит лишь первоосно-
вой для последующего формирования внутрисистемной миото-
пии. Конечно, такое созревание, специализация касается всех
уровней нервной системы. Применительно же к неокортексу, к его
сенсомоторной коре анализ должен быть направлен к закономер-
ностям формирования внутрикорковых межмодульных отношений.
Примером могут служить субординационные отношения пирамид-
ных выходов одного модуля и экстрапирамидных (кортико-руб-
ральных) выходов соседнего модуля. Однако в действительности
дело обстоит, конечно, гораздо сложнее.
Поиски механизмов формирования внутрикортикальных объ-
единений, основанных на межмодульных взаимоотношениях, оцен-
ка степени их жесткости и пластичности, размеров их дистри-
бутивности и составляет основной вектор в исследовании меха-
низмов корковой деятельности. Отдавая себе отчет в сложности
решения этой проблемы, априорно предположим, что главным
процессом, определяющим формирование и удержание подобного
типа мультимодульных объединений, является внутрикортикаль-
ное торможение. Структурно-функциональным предпосылкам для
реализации процессов внутрикортикального торможения и будет
посвящена следующая глава.
Глава 3
ТОРМОЖЕНИЕ КАК ОСНОВА
КОРКОВОЙ ПЛАСТИЧНОСТИ
Со времени открытия И. М. Сеченовым в 1863 г. явления
торможения в центральной нервной системе природе этого про-
цесса посвящено множество исследований. Феномен торможения
не случайно привлекал к себе внимание многих выдающихся
ученых — Н. Е. Введенского, А. А. Ухтомского, Ч. Шерринг-
тона, Дж. Экклса, ибо, являясь фундаментальным свойством
нервной системы, тормозные процессы играют определяющую
роль в координации рефлекторных актов. Одним из принци-
пиальных достижений в исследовании природы торможения яви-
лось доказательство того, что тормозные постсинаптические про-
цессы обусловлены выделением специфических тормозных медиа-
торов из специализированных пресинаптических терминалей.
В то время, когда И. П. Павлов разрабатывал теорию выс-
шей нервной деятельности, о явлениях торможения условных
рефлексов можно было судить лишь на феноменологическом
уровне. В науке практически отсутствовали сведения о нейро-
физиологических механизмах торможения. В послевоенные годы
благодаря электрофизиологическим методам были описаны неко-
торые корреляты условнорефлекторного торможения (П. К- Ано-
хин, У. Г. Гасанов, Б. И. Котляр, А. Б. Коган, М. Я. Ра-
бинович, ГО. Г, Кратин, Т. С. Наумова и др.).
Главный вывод состоит в том, что торможение того
или иного условного рефлекса может сопровождаться интенсив-
ным возбуждением нейронов и их объединений в коре голов-
ного мозга. Быть может, методические ограничения пока не
позволяют выяснить более тонкие отношения. Однако уже сегод-
ня с достаточной определенностью можно говорить о том, что
феномен иррадиации и концентрации торможения в коре боль-
ших полушарий не находит прямых подтверждений в нейрофи-
зиологических исследованиях. Применительно к макроструктурам
норы мозга торможение можно рассматривать как местный про-
цесс, индуцируемый вовлечением в активность множества разно-
63
образных форм тормозных интернейронов. Поэтому в основе,
например, иррадиации торможения лежит в действительности
распространение возбудительного процесса, широко вовлекающе-
го тормозные интернейроны и продуцирующего на местах тормо-
жение корковых пирамидных клеток.
3.1. УЧАСТИЕ ТОРМОЗНЫХ НЕЙРОНОВ
В РАБОТЕ НЕРВНЫХ СЕТЕЙ
Наиболее убедительные данные получены к настоящему вре-
мени на таких структурах, как спинной мозг, мозжечок, гип-
покамп. Что касается коры больших полушарий, то сведения
о ее собственных тормозных механизмах до сих пор остают-
ся весьма фрагментарными. Гипотетичность наших представлений
даже о сенсомоторной коре, наиболее изученной корковой струк-
туре, обусловлена прежде всего трудностями идентификации тор-
мозных элементов как в функциональном, так и в морфоло-
гическом плане. Тем не менее значение торможения в процессах
интегративной деятельности мозга весьма существенно, а дейст-
вие тормозящего нейрона является фактором, объединяющим
нейроны центра между собой (см. главу 1) и формирующим
подвижные корковые нейронные констелляции различной слож-
ности.
В первую очередь нас интересует участие торможения в плас-
тических перестройках внутрикорковых взаимоотношений. В пре-
дыдущей главе было показано, что чем шире воронка, к кото-
рой конвергирует множество афферентных влияний, тем больше
число виртуальных механизмов у общего пути. Иными словами,
чем шире афферентное снабжение данного ганглиозного обра-
зования, тем больше надежность, тем точнее селекция входных
влияний и полнее их интеграция. Однако все это непременно
подразумевает участие тормозных механизмов. В противном слу-
чае в коре мозга может возникнуть мощный очаг возбуж-
дения, которое безудержно иррадиирует на другие отделы мозга,
приводя к их генерализованной активности. Так и происходит при
наличии в коре мозга эпилептиформного очага, активность кото-
рого при определенных условиях может привести к возникно-
вению эпилептических судорог. Кора, как и другие отделы голов-
ного мозга, обеспечена тормозными механизмами, которые управ-
ляют конвергенцией, обеспечивают ей динамический характер.
Торможение на пирамидных выходных нейронах коры имеет осо-
бое значение, ибо участвует в формировании эфферентного им-
пульсного залпа. Следовательно, оно выступает в роли того
тончайшего инструмента, который придает корковым влияниям
высокую адаптивность в конкретных условиях работы целост-
ного мозга.
В одной из своих теоретических работ А. Фессар (1964)
привел убедительные аргументы о значении механизмов тормо-
64
исения для направленного проведения импульсации по полисинап-
тическим нейронным сетям. При этом он исходил из общего
положения о том, что проведение по полисинаптическим путям
подчиняется закону S-образной кривой. В то же время проведение
импульсации по моно- и олигосинаптическим путям приближается
к линейной зависимости. В этом случае возрастание импульсации
на входе (рис. 3.1, кривая 1) прямо пропорционально уве-
личивает эффективность таковой на выходе. Если же, как это
Рнс. 3.1. Зависимость проведения импульса-
ции по моно-(олиго) и полисинаптическим ней-
ронным цепям (по Фессару).
/ — теоретически выведенная S-образная кривая для
моносинаптической передачи, 2 — результирующая кривая
ступенчатой передачи в сети, содержащей достаточное
число последовательных синаптических барьеров, k - кри-
тическая точка. По осн абсцисс — усиление импульсации
на входе нейронной цепи, по оси ординат — эффект на
выходе нейронной цепи.
в большинстве случаев имеет место в центральной нервной систе-
ме, цепь построена из множества переключательных нейронов,
то возрастание частоты импульсации на входе до определен-
ного предела может вообще не получить отражения на деятель-
ности выходных элементов. И лишь по достижении некоей кри-
тической величины происходит пробой системы, и она реагирует
на выходе максимальным ответом (рис. 3.1, кривая 2). При-
чем дальнейшее увеличение раздражения не способно произвести
еще большее усиление реакции на выходе. В самой общей форме
эта зависимость напоминает закон «все или ничего» для возникно-
вения одиночного потенциала действия нервного волокна. Учиты-
вая полисинаптический характер проведения в центральных (в
том числе и корковых) структурах, А. Фессар предложил схе-
матическое объяснение, которое может быть успешно исполь-
зовано для понимания многих процессов в коре головного моз-
га (рис. 3.2). Как следует из схемы, на ней представлены че-
тыре гипотетические ситуации взаимодействия трех параллель-
ных полисинаптических каналов (1, 2, 3), на каждый из кото-
рых подается разная по частоте импульсация. На фрагменте
А на втором уровне переключений (II) имеет место воспроиз-
ведение исходной частоты согласно линейной зависимости в слу-
чаях моносинаптической передачи. Но на третьем уровне (III)
происходит нивелирование различий между каналами благодаря
электротоническому взаимодействию рядом расположенных денд-
ритов (д). Таковым может быть механизм синхронизации деятель-
ности нейронов в составе одного коркового модуля, достигаемой
с помощью дендритного пучка.
3—1187 65
На фрагменте Б показана более сложная картина, учиты-
вающая дивергентно-конвергентные отношения между соседними
нервными каналами. Рассматривается ситуация, при которой про-
ведение по каналу 1 оказывается не эффективным на выходе
(подпороговым по закону проведения в полисинаптических це-
пях), припороговым — в канале 2 и надпороговым — в канале 3.
Последнее достигается не только более сильной импульсацией
на входе, но и конвергенцией к нейрону 3 влияний соседних
каналов, что благодаря пространственно-временной суммации
усиливает импульсацию на втором уровне переключений. Эта
ситуация является до некоторой степени искусственной, ибо не
учитывает участия тормозных механизмов, и она может быть
приложима лишь к тем ганглиозным образованиям, где отсутст-
вуют тормозные интернейроны.
Рнс. 3.2. Гипотетические схемы, объясняющие взаимодействие параллельных ка-
налов проведения нмпульсации (по Фессару).
Кружки с цифрой — возбуждающие нейроны, без цифры — тормозящие. Линия с черной точкой —
возбуждающий синапс, линия с черточкой — тормозящий синапс; д — дендрит. Стрелки — направление
движения ямпульсацни. I —III — уровни переключений нмпульсации. 1—3 — номера каналов. Изви-
листая линия — сопряжение соседних нейронов благодаря дендро-дендритическим контактам, обеспе-
чивающим синхроннзвиню работы всех каналов.
Показаны разряды импульсов условной частоты, за исключением уровня II на фиг. Б —Г. Объяс-
нение в тексте
Существенно ближе к рассмотрению корковых процессов
фрагменты В и Г, в схему которых введены в качестве , не-
пременных элементов тормозные интернейроны. На фрагменте
В представлен эффект латерального афферентного (прямого)
торможения во взаимодействии параллельных каналов. Тормо-
зящие интернейроны сильнее возбуждаются под влиянием акти-
вации с канала 2, поэтому их депрессирующее влияние на ка-
налы 1 и 3 значительное. На выходе отмечается типичный фено-
мен «обострения» по каналу 2. Если принять, что за одним
нейроном схемы кроется целый нейронный корковый модуль, то
легко допустить существование таких антагонистических (реци-
прокных) взаимоотношений между соседними модулями.
И, наконец, фрагмент Г объясняет еще более выраженный
эффект обострения путем механизма возвратного торможения.
Конечно, в естественных условиях могут работать все четыре
механизма, взаимодополняя друг друга, а прямое и возвратное
66
торможение обеспечивают весьма тонкую координацию нейрон-
ных модулей в составе целостной рабочей системы — домини-
рующей рабочей констелляции.
3.2. ПЕРВИЧНЫЕ И ВОЗВРАТНЫЕ ТПСП
КОРКОВЫХ НЕЙРОНОВ
Прежде всего рассмотрим торможение как результат акти-
вации особых тормозных структур, контактирующих с тормо-
зимой клеткой. Соответственно торможение активности клетки,
опосредованное тормозными синапсами, является для нее первич-
ным процессом, не связанным с предварительным возбуждением.
Такое торможение может быть прямым (афферентным), возни-
кающим под влиянием активации тормозного интернейрона
центрипетальным афферентным потоком, и обратным (возврат-
ным) — под влиянием центрифугальных импульсов, возвращаю-
щихся по коллатералям аксона пирамидной клетки к тормоз-
ному интернейрону.
Рис. 3.3. Взаимодействие постсинаптнческого потенциала одного нейрона сен-
сомоторной коры при гетеросенсорной стимуляции (по Батуеву).
Для Л: световая вспышка (точка слева) с последующей электрокожнон стимуляцией (точка
справа), а — суммарный потенциал поверхности коры в зоне мнкроэлектродного трека; б— ПСП.
Сверху вниз — первичный длительный ТПСП при световой стимуляции, далее -- на фоне такогоТПСП по-
дается с интервалом 80 мс, а еще ниже - электрокожная стимуляция с интервалом 120 мс, эффект
которой, как видно из рисунка, отсутствует
Для fi: электрокожная стимуляция и световая вспышка. Электрокожнын стимул приводит к ге-
иерацнн возбуждающего ответа нейрона, а последующее применение световой вспышки с интер-
валом 80 или 120 мс сохраняет специфичность обоих ПСП.
Так, например, в ответ на афферентный стимул в корко-
вых нейронах зарегистрировано значительное число постсинап-
тических тормозных реакций без предшествующего возбудитель-
ного эффекта. Такие реакции обнаружены в нейронах слухо-
вой коры при адекватной стимуляции и во фронтальных от-
делах при электростимуляции таламических и гипоталамических
образований. При этом установлена зависимость длительности
ТПСП от типа наркотизации: барбитуровая анестезия удлиняет
ТПСП, но особенно их продолжительность возрастает под хло-
ралозовым наркозом, уретан же не вызывает увеличения дли-
тельности ТПСП.
67
Возможность возникновения первичных ТПСП показана и на
пирамидных нейронах сенсомоторной коры. В ответ на световую
вспышку регистрируется типичный ТПСП, который имеет боль-
шую длительность (порядка 600 мс) и тормозит фоновую спайко-
вую активность (рис. 3.3). Природа такого ТПСП неясна, но
можно подозревать участие в нем прямого торможения, если
признать возможность таламической активации тормозных ин-
тернейронов типа корзинчатых клеток. Последние данные пря-
мо указывают на вероятность существования таких корковых свя-
зей. Специализация тормозного входа к нейрону обнаруживает-
ся при сопоставлении с его же реакцией на соматический сти-
мул, которая носит характер ВПСП — спайк — ТПСП. На фоне
первичного торможения к тому же нейрону подводится акти-
вирующая импульсация, эффект которой оказывается сильно по-
давленным. Подобные соотношения развертываются на нейроне
при межстимульном интервале до 120 мс. Причем физиологи-
ческий знак каждой афферентной посылки для данного нейрона
сохраняется на протяжении длительного времени, в чем можно
убедиться при использовании обратной гетеросенсорной стимуля-
ции (рис. 3.3).
В других случаях под хлоралозовым наркозом были заре-
гистрированы низкоамплитудные первичные ТПСП большой дли-
тельности на соматический стимул. В нейроне сенсомоторной
коры мог развиваться первичный ТПСП длительностью 800—
900 мс. Парная стимуляция с интервалом 50—100 мс не вы-
зывала ответа на второй стимул. ТПСП такой длительности
могут возникнуть, если допустить участие тормозных интернейро-
нов (корзинчатых клеток), которые либо сами дисперсно активи-
руются, либо обеспечивают длительную дисперсную гиперполяри-
зацию тормозимой пирамидной клетки путем активации перицел-
люлярного сплетения («корзинки»). По-видимому, сегодня нельзя
еще однозначно принять какое-либо из двух предположений.
Как было показано в главе 2. 1, при сравнении гистограмм
распределения латентных периодов ПСП двух популяций нейро-
нов— пирамидного тракта и вставочных— выявлена группа ин-
тернейронов, которые отвечают на соматический стимул на 3—4 мс
раньше, чем корковые пирамидные клетки того же нейронного
модуля. Не исключено, что в составе данной группы интерней-
ронов имеются корзинчатые клетки с пачечным типом разря-
да, которые н участвуют в генезе первичных ТПСП афферент-
ного типа.
Пример типичного возвратного торможения получен в экспе-
риментах с внутриклеточной регистрацией ПСП идентифирован-
ного кортико-рубрального нейрона на стимуляцию волокон пира-
мидного тракта (см. гл. 2.4). При этом типичная реакция, возни-
кающая на мембране кортико-рубральной клетки, — первичный
ТПСП, который, как предполагается, обусловлен включением
бв
в цепь тормозного интернейрона. Причем длительность такого
возвратного ТПСП соразмерно короче, чем длительность пря-
мых ТПСП, вызванных афферентной стимуляцией.
В других опытах с прямой локальной стимуляцией коры заре-
Тистрирован после возбудительной фазы ответа длительный
ТПСП, порядка 200—300 мс. Второй электрический удар с интер-
валом 200 мс на фоне ТПСП приводит к формированию низко-
амплитудного подпорогового ВПСП, а с интервалом 300 мс вы
зывает развитие полного ответа. Случаев первичных ТПСП не
наблюдалось, что позволяет подразумевать преимущественное
участие в генезе ТПСП возвратного торможения «на себя».
Функциональная роль первичного афферентного торможения
выявлена в результате исследования рецептивных полей нейро-
нов сенсомоторной коры при соматической стимуляции. Полный
ответ нейрона возникает лишь при стимуляции центра рецеп-
тивного поля, но превращается в форму первичного ТПСП при
стимуляции периферии рецептивного поля (рис. 3.4). Учитывая
широкие конвергентные свойства данной корковой зоны, можно
предполагать, что первичное афферентное торможение способст-
вует выделению наиболее значимого сигнала из всего арсенала
возможных.
Принимая во внимание
различные физические ха-
рактеристики прямых и воз-
вратных ТПСП, их различ-
ную функциональную нагруз-
ку для интрацентральной
координации, правомерно до-
пустить, что оба вида тор-
можения опосредуются раз-
личными корковыми тормоз-
ными интернейронами. По-
видимому, эти нейроны дол-
жны различаться по крайней
мере по двум признакам: ха-
рактеру и локализации си-
наптических контактов с
Рис. 3.4. ПСП нейрона сенсомоторной коры
на раздражение центра (а) н периферии
рецептивного поля (б) (по Батуеву).
а - полный ответ нейрона, содержащий ВПСП -
спамк- ТПСП; б — первичный длительный (порндко
200 мс) ТПСП того же нейрона. Справа показаhj
схема стимуляции подушечек контрлэтералъной перед-
ней конечности.
мембраной тормозимого нейрона и размерам ветвления аксо-
нальной системы. Так, торможение возвратного типа незначитель-
ное по длительности реализуется мелкими тормозящими ин-
тернейронами, аксон которых ветвится в пределах ограни-
ченной зоны модуля (120—150 мкм), а его терминали закан-
чиваются на дендритах пирамидных нейронов и имеют тау
ринэргическую природу. Торможение же афферентного типа бо
лее продолжительно реализуется крупными тормозящими кор-
зинчатыми клетками, аксон которых ветвится в широких пре-
делах (300—1300 мкм), а его терминали образуют вокруг тела
пирамидных клеток перицеллюлярные сплетения, которые имеют
69
ГАМК-эргическую природу. Следовательно, первый тип тормо-
жения можно назвать преимущественно внутримодульным, а вто-
рой — межмодульным.
3.3. ВЕРОЯТНЫЙ СУБСТРАТ
ВНУТРИКОРТИКАЛЬНОГО ТОРМОЖЕНИЯ
3.3.1. Тормозные интернейроны
Наиболее вероятными кандидатами в тормозные интерней-
роны являются звездчатые клетки: корзинчатые нейроны и клетки-
канделябры. Коллатерали аксона звездчатых корзинчатых ней-
ронов образуют сплетение вокруг тел пирамидных клеток. Такие
перицеллюлярные сплетения аксонов были описаны в моторной,
а также в других областях коры мозга. В моторной коре челове-
ка корзинчатые сплетения имеют двойное происхождение: во-пер-
вых, они образованы аксонными сплетениями звездчатых
нейронов; во-вторых, корзинчатоподобными сплетениями
афферентных волокон. В состав корзинчатого сплетения могут
входить и ассоциативные волокна.
Наиболее отчетливо перицеллюлярные сплетения на корковых
пирамидных клетках можно наблюдать после инъекции в толщу
коры каиновой кислоты, которая приводит к распаду корковых
нейронов с их отростками уже спустя 72 ч после инъекции,
но сохраняет все подходящие аксонные системы. На срезах через
отравленный участок сенсомоторной коры виден контур распадаю-
щейся сомы крупной клетки, вокруг которой располагается корзин-
чатое сплетение. Нужно при этом иметь в виду, что главный
компонент последнего — аксоны звездчатых клеток — уже под-
верглись лизису, поэтому сохранившаяся «корзинка» скорее всего
образована аксонами кортикопетальных и транскортикальных
входов.
Клетки-канделябры, впервые описанные Я- Сентаготаи в 1975 г.,
получили свое название благодаря характерным для них аксон-
ным разветвлениям. После вертикального направления аксон
разворачивается горизонтально и отдает несколько восходящих
и нисходящих веточек, которые образуют характерные канде-
ляброподобные терминальные веточки, количество которых у од-
ной клетки достигает 150—250, длина каждой веточки 20—50
мкм, а диаметр — 2 мкм. Я- Сентаготаи вначале предположил, что
канделябры образуют контакты с апикальными дендритами пира-
мидных клеток. Однако дальнейшие исследования с применением
метода Гольджи в сочетании с электронной микроскопией пока-
зали, что терминальные веточки аксонов клеток-канделябров об-
разуют синаптические контакты на аксонном холмике пирамид-
ных клеток слоя III.
Перицеллюлярные сплетения усложняются в эволюции: у хищ-
ных они имеют более простую форму, чем у приматов. Тер-
70
ЗРминаль аксона корзинчатой клетки у кошки вилочкообразно вет-
вится и охватывает тело пирамидного нейрона. У приматов корзин-
< чатые клетки располагаются на уровнях II — V слоев коры. По ха-
рактеру ветвления аксонов эти клетки можно разделить на не-
сколько групп. Наиболее типична группа клеток, у которых аксон
начинается от базального полюса, и на расстоянии 80—100 мкм
от тела клетки от аксона отходят горизонтальные коллатерали,
распространяющиеся на расстояние до 500 мкм. От горизонталь-
ных коллатералей в свою очередь поочередно вверх и вниз
отходят ветви аксона, которые распадаются на терминальные
веточки, имеющие многочисленные утолщения по ходу волокна.
Концевые разветвления приурочены к телам пирамидных нейро-
нов. Иногда коллатерали аксона образуют Т-образное ветвление
у тела пирамидной клетки, причем одна из веточек направляет-
ся к проксимальной части апикального дендрита и контактирует
с ним, а другая образует контакты с телом клетки.
Концевые ветви аксона звездчатых корзинчатых клеток могут
образовывать контакты с базальными и апикальными дендритами.
В таких случаях терминальные разветвления аксона с много-
численными коллатералями по ходу волокна приурочены к тонким
ветвям базальных и апикальных дендритов. Аксоны могут как
пересекать дендрит, образуя контакт, так и прилегать к денд-
риту на протяжении 20-30 мкм, образуя множественные каса-
тельные контакты.
Для второй группы звездчатых корзинчатых клеток, лежащих
во II—Ш слоях, характерно следующее ветвление аксона. Он
отходит от базальной части тела клетки, принимает нисходящее
направление, от него отходят восходящие коллатерали, от которых
в свою очередь отходят тонкие горизонтальные веточки на расстоя-
нии 100—150 мкм друг от друга, заканчивающиеся терминаль-
ными бутонами. Такая структура, по-видимому, создает условия
для контакта звездчатых корзинчатых клеток этого типа с пира-
мидными нейронами разных слоев.
Третью группу составляют звездчатые корзинчатые клетки
IV—V слоев, которые характеризуются относительно крупным
телом округлой или эллипсовидной формы. В разные стороны
от тела клетки отходят тонкие дендриты, на них наблюдаются
четковидные утолщения. Такие клетки характеризуются аксонами
с многочисленными коллатералями. Наиболее характерен следую-
щий рисунок аксонного разветвления: аксон постепенно изгибает-
ся, направляясь вверх на расстояние до 600—800 мкм. На пер-
вых 100—150 мкм длины аксона отходят 4—6 длинных колла-
тералей, которые затем многократно ветвятся, направляясь вниз
и в стороны в пределах своего слоя. От части аксона, подняв-
шейся вверх, отделяются единичные коллатерали, направляю-
щиеся горизонтально. Такие Нейроны могут образовывать контак-
ты в пределах своего IV слоя в радиусе до 250 мкм, а в верх
них слоях — в радиусе до 300—400 мкм.
71
На рис. 3.5 приведены схемы связей возбуждающих и тормоз-
ных интернейронов с пирамидными нейронами коры. На фрагмен-
тах А, Б, В приведены ди-, три и тетрасинаптические связи
афферентного волокна с пирамидной клеткой через шипиковый
звездчатый нейрон (ШЗН) (схема Л), через тот же нейрон
(ШЗН) и клетку с двойным букетом дендритов (ДБД) (схема 5)
и, наконец, через ШЗН-нейрон, безшипиковую звездчатую клет-
ку (ЗН) и ДБД-нейрон (фрагмент В). Иные варианты свя-
зей образуют тормозные интернейроны. Фрагмент Г иллюстри-
рует возвратное торможение через звездчатую корзинчатую клет-
ку (КН), тормозные терминали которой располагаются на теле
пирамиды (перицеллюлярное сплетение) и на проксимальных
Рис. 3.5. Схемы связей возбуждающих (Д, Б, В) н тормозных (Г, Д, Е)
интернейронов в коре головного мозга.
Объяснение в тексте.
дендритах. Фрагмент Д показывает возможность активации тор-
мозной корзинчатой клетки посредством аксона шипикового звезд-
чатого нейрона. Фрагмент Е включает два тормозных интер-
нейрона: ДБД — клетку с двойным букетом дендритов и АА —
аксо-аксонный нейрон, образующий синаптические контакты с на-
чальным сегментом аксона пирамидного нейрона. Результат ра-
боты такой цепочки — растормаживание активности пирамидной
клетки вследствие торможения АА-нейрона. К сожалению, эти
чисто морфологические данные до сих пор не получили строгого
физиологического анализа, а поэтому рассматриваются как гипо-
тетические.
72
3.3.2. Тормозные синапсы
Вопрос о классификации межнейронных синапсов чрезвычай-
но сложен, и мы будем рассматривать только одну категорию
их, а именно «химических» синапсов, функция которых связана
с выделением медиатора. Они характеризуются наличием в пре-
синаптической части синаптических пузырьков (везикул), повы-
шением электронной плотности пре- и постсинаптических мембран
(на электронномикроскопических срезах) и отделяющей их синап-
тической щелью (рис. 3.6). Места электронной плотности назы
ваются активными зонами контакта. Большая часть синап-
Рис. 3. 6. Схема возбуждающего и тормозящего синаптических образований
(по Учизоно),
Различные типы синапсов содержат круглые — возбуждающие (в) или вытянутые — тормозящие
(г) везикулы. Расположение их на дендрите нейрона показано слева
тических пузырьков светлая, по форме их разделяют на округ-
лые и овальные (или плоские). Прямые доказательства содержа-
ния медиатора в синаптических пузырьках отсутствуют, хотя на
это указывает много косвенных данных. Последнее позволило
Учизоно выдвинуть гипотезу о том, что синаптические окончания
с округлыми везикулами оказывают возбуждающий эффект, а си-
наптические окончания с овальными — тормозной. Другим ком-
понентом межнейронного контакта являются синаптические мемб-
раны—места повышенной электронной плотности. Грей предло-
жил к синапсам I типа относить контакты, в которых постси-
наптическая мембрана заметно толще пресинаптической (асим-
метричные синапсы). Такие синапсы располагаются преимущест-
венно на ветвях и шипиках дендритов корковых нейронов. Чаще
всего пресинапс этих контактов заполнен круглыми крупными
73
везикулами. Синапсы II типа характеризуются отсутствием раз-
личий в толщине пре- и постсинаптической мембран (симметрич-
ные синапсы), их пресинапс чаще всего заполнен овальными
везикулами и локализуется преимущественно в телах клеток.
Вероятно именно в активных участках синапса происходит вы-
деление и рецепция медиатора. Существует на этот счет не-
сколько гипотез: 1) синаптические пузырьки, вплотную прилегая
к пресинаптической мембране, через ее поры выделяют медиа-
тор в синаптическую щель; 2) синаптические пузырьки проникают
целиком через пресинаптическую мембрану, синаптическую щель
и достигают постсинаптической мембраны; 3) медиатор выделяет-
ся из синаптических пузырьков в пресинапсе и затем проникает
в синаптическую щель, и 4) секреция медиатора вообще не
связана с синаптическими пузырьками. Большинство исследо-
вателей склоняется к первой гипотезе, согласующейся и с теорией
Каца о выделении медиатора в синаптическую щель «квантами»,
содержащими то число молекул, которое необходимо для генера-
ции потенциала.
В верхних слоях коры расположены звездчатые клетки, ак-
сон которых образует многочисленные петлистые коллатерали.
Терминальные веточки характеризуются шипикоподобными вы-
ростами, четковидными утолщениями. Благодаря петлистому спле-
тению аксона образуются многочисленные касательные контакты
с дендритами и шипиками. Электронномикроскопически удается
иногда наблюдать синапсы II типа по Грею на дендритах и ши-
пиках. Это позволяет заключить, что тормозные синапсы распо-
лагаются не только на телах, но и на дендритах нейрона.
Данные авторадиографии прямо свидетельствуют в пользу
тормозных свойств звездчатых нейронов коры мозга. Так, прямая
инъекция в кору ГАМК-3Н вызывает преимущественное накопле-
ние метки в звездчатых клетках слоев II и III. Синапсы с упло-
щенными пузырьками способны накапливать 3Н-глицин, который
является тормозным медиатором. Такие синапсы расположены
на соме клеток Пуркинье, принадлежат они к звездчатым кор-
зинчатым нейронам.
Электронномикроскопические исследования позволили уточ-
нить сведения о структурах, которые могут быть ответственны
за осуществление процессов торможения в коре.
На телах гигантских пирамидных клеток в сенсомоторной коре
обнаружены касательные синапсы, всегда симметричные (II тип,
по Грею), образованные по ходу аксона. Это дает основания счи-
тать эти синапсы фрагментами корзинчатого сплетения. На мелких
пирамидных клетках аксонные терминали локализуются в виде
одиночных профилей и образуют контакты также симметричного
типа. Специальные морфологические исследования, основанные
на анализе распределения терминалей по среднему размеру их
синаптических везикул, показали, что на телах пирамидных ней-
74
ронов преобладают синапсы с наименьшими размерами везикул.
W Допускается, что основная часть распределения аксосомати-
ческих синапсов дендритной локализации характеризует тормоз-
1 ные входы. Естественно предположить, что популяция контактов
с наименьшими размерами синаптических везикул принадлежит
аксонам корзинчатых клеток.
Тот факт, что большинство волокон корзинки образуют ка-
сательные синапсы, позволяет предположить возможность их пос-
ледовательного вовлечения при активации аксона корзинчатой
клетки. Низкая скорость проведения по аксонам предполагаемых
тормозных интернейронов становится еще ниже в терминаль-
ной области, В таких условиях должно происходить очень плавное
и длительное выделение медиатора из тормозных терминалей.
Таким образом, одним из важных факторов, обусловливаю-
щих длительные ПСП в пирамидных клетках коры, может быть
своеобразная геометрия корзинки. Если же учесть возможность
окончаний таламических и ассоциативных афферентов на мембра-
не корзинчатых клеток, то становится более понятным происхож-
дение первичных длительных ТПСП. у большой популяции пира-
мидных элементов коры.
Сочетание импрегнационных и электронномикроскопических
методов при изучении зрительной коры мозга крысы убедительно
показало, что исключительно симметричные контакты на соме
свойственны не только классическим пирамидам, но и пирамидо-
подобным клеткам в слое VI и «перевернутым» пирамидам в
слоях V и VI. Подобные же результаты получены при иссле-
довании под электронным микроскопом пирамидных клеток после
внутриклеточной инъекции пероксидазы хрена. При реконструк-
ции с помощью серийных срезов тела пирамиды в III слое сен-
сомоторной коры у опоссума насчитали около 48 синаптических
контактов, каждый из которых был симметричным. По другим
данным на теле бецовской пирамиды у крысы располагаются
870 синапсов, что составляет примерно 4% от общего коли-
чества синапсов на нейроне коры.
На телах звездчатых нейронов локализуются синапсы как
симметричного, так и асимметричного типа. Так как терминали
аксонов звездчатых клеток образуют симметричные контакты,
можно предположить, что на соме звездчатых нейронов закан-
чиваются аксоны не только пирамид, но и других звездчатых
клеток.
Тормозные синапсы располагаются и на стволе, и на ветвях
Дендритов. Их число резко уменьшается в дистальном направ-
лении. Если на проксимальных участках дендрита пирамидной
Клетки преобладают симметричные синаптические контакты, то
На тонких дендритических веточках обнаруживаются преимущест-
венно асимметричные контакты. В средних отделах одинаково
часто встречаются оба вида контактов. Большинством авторов
Касательные или концевые синаптические контакты показаны
75
Рис. 3.7. Схема аксо-шипикового
синапса (по Грею),
/ — ствол дендрита; 2 типик; 3—
микротрубочки; 4 шипиковый аппарат;
5 — нейроглиальная масса; 6 — синапти-
ческие пузырьки; 7 - аксон
в коре мозга на разветвлениях дендритов и на дендритных
шипиках (рис. 3. 7).
Известно, что наибольшей способностью к генерации и про-
ведению импульса обладают проксимальные участки дендритов
в непосредственной близости от тела клетки. Этому способст-
вует морфологическое сходство проксимальных участков дендри-
тов с телом клетки: отсутствие шипиков, наличие субстанции
Ниссля и др. Подобные контакты на проксимальном участке
дендрита и тела клетки, по-видимому, занимают стратегически
выгодное положение к месту генерации распространяющегося
Синапсы на аксонном холмике и
начальном сегменте аксона оценива-
ются морфологами как тормозные.
Это симметричного типа контакты,
образующие аксо-аксональные си-
напсы. Они описаны в различных
областях головного мозга, но приро-
да их до недавнего времени осталась
неизвестной. Можно было предпола-
гать, что они принадлежат аксонам
звездчатых нейронов. Использование
метода, сочетающего в себе возмож-
ности световой и электронной микро-
скопии, позволило проследить ход не-
которых волокон от их начала у тела
клетки до терминального участка.
Как ранее указывалось, аксоны кле-
ток-канделябров образуют синапти-
ческие контакты на начальном сег-
менте аксонов соседних пирамидных
клеток.
Специальные исследования показали, что в сенсомоторной
коре начальный сегмент аксона может служить не только пост
синапсом аксо-аксонального синаптического контакта, но и пре
синапсом по отношению к лежащему рядом дендриту. Труд-
но судить о физиологическом смысле подобного типа аксо-аксо-
нальных контактов в коре, однако есть основания предпола-
гать, что они могут оказывать тормозный эффект. По крайней
мере, на клетках гиппокампа было показано, что аппликация
ГАМК около сомы пирамид блокирует прямые потенциалы дейст-
вия на электростимуляцию, тогда как синаптически вызванные
потенциалы действия сохраняются.
Таким образом, приведенные выше данные о структурах, ко-
торые по современным представлениям могут служить основой
для осуществления тормозных процессов, позволяют предпола-
гать, что эти процессы могут разыгрываться на всех участках
поверхности нейрона (на соме и отростках), исключая, по-ви-
димому, аксонные терминали (рис. 3.8).
76
3.4, ВЕРОЯТНЫЕ КАНДИДАТЫ В ТОРМОЗНЫЕ МЕДИАТОРЫ
Среди предполагаемых химических передатчиков в синапсах
центральной нервной системы важное место занимают амино-
кислоты — ГАМК, глицин, аспартат, глутамат, таурин. Приме-
нительно к коре больших полушарий основное внимание об-
ращено к таким вероятным тормозным медиаторам, как ГАМК и
таурин (2-аминоэтансульфановая кислота). Одним из самых су-
щественных критериев, которым должен удовлетворять синапти-
ческий передатчик, является идентичность действия на мембрану
нейрона кандидата в медиаторы и естественно передатчика. Наи-
более эффективным для установления подобной идентичности яв-
ляется метод микроэлектрофореза, позволяющий локально аппли
цировать вещества непосредственно в районе исследуемого ней-
рона.
Исследуемые аминокис-
лоты удовлетворяют целому
ряду критериев синаптичес-
кого медиатора. Для таурина
имеются данные, показываю-
щие его высокое содержание
в ряде отделов центральной
нервной системы, приурочен-
ность к фракции синаптосом,
наличие синтезирующего
фермента в нервных оконча-
ниях, наличие активных ре-
цепторных центров на синап-
тических мембранах, выде-
ление из нервной ткани при
стимуляции, наличие меха-
низма обратного захвата,
обеспечивающего эффектив-
ное удаление данной амино-
кислоты из внеклеточного
пространства. В то же время
сведения о влиянии таурина
на нейрональную активность
коры головного мозга весьма
скудны, хотя его высокая эф-
фективность в клинической
Практике известна. В других
исследованиях подтверждено
кссоциатиВный
atprpepemn —
Неспецисрическии
афферент
Коллозамный
aqxpepewn
______Аксон клетки
| Мартинотти
ВозВратная коллатераль
аксона пирамидной
клетки
___Нисходящий аксон
пирамидной клетки
АссоциатиВный
афферент
ВозВратный аксон
пирамидного
интернейрона
Нисходящий аксон +,
звездчатой клетки
Аксоны клетки
Гольджи И типа
Аксоны корзинчатой
клетки
пирамидной Д
Горизонтальная
коллатераль аксона
пирамидной клетки
Аксоны
клетки-канделябра
Аксоны,
клетки
Рис. 3.8. Схема возможных синаптических
входов на теле и отростках корковой ги-
гантской пирамидной клетки (по Ново
жиловой).
Плюс гиперполярнзациопные влияния; ми-
нус — деполяризационные влияния.
высокое содержание таурина в синаптических пузырьках, а также
в растворимой фракции синаптосом. Некоторые авторы склон-
ны к предположению о том, что таурин скорее является посто-
янным компонентом синаптических мембранных структур, чем спе-
цифическим ингибиторным медиатором, а быть может он высту-
пает в качестве тормозного модулятора.
ГАМК по общепринятому мнению удовлетворяет всем тре-
бованиям синаптического медиатора, и очередной насущной за-
дачей является точная идентификация ГАМК-эргических нейро-
нов и путей. Высказывается даже предположение, что ГАМК
является основным, если не единственным, тормозным медиато-
ром в коре мозга.
В последние десятилетия появилось много работ, утверждав-
ших, что возбуждающих и тормозящих медиаторов нет, а по-
лярность, или знак, реакции нервной клетки определяется набо-
ром и свойствами рецепторов постсинаптического нейрона. В подт-
верждение этому приводится множество работ на беспозвоноч-
ных, и некоторые исследователи приходят к выводу, что в настоя-
щее время достаточно данных, чтобы отбросить термины «воз-
буждающий» и «тормозный» медиаторы как неадекватные. Мы
не будем вдаваться в детали этой дискуссии, которая еще далека
от разрешения, и пока будем придерживаться установившейся
классификации медиаторов применительно к нейронам коры моз-
га высших млекопитающих.
3.4.1. Торможение активности корковых нейронов
под влиянием ГАМК и таурина
Существенным моментом сравнения эффектов ГАМК и таурина
на корковые нейроны являлось выявление специфических раз-
личий в действии этих аминокислот.
ГАМК и таурин эффективно блокируют фоновую активность
нейронов. Причем применяемое иногда предварительное деполя-
ризующее влияние глутамата сказывается на эффектах ГАМК
и таурина, увеличивая латентные периоды действия и повышая
пороговые значения токов микроэлектрофореза. Поскольку тау-
рин, как и ГАМК, устраняет прямое деполяризующее действие
глутамата на мембрану нейрона, можно судить о постсинап-
тическом характере влияния данных аминокислот.
В отсутствие глутамата ГАМК и таурин обнаруживают еще
более выраженные тормозные влияния на фоновую импульсную
активность нейронов. Полное подавление нмпульсации под влия-
нием ГАМК наступает уже при очень небольших значениях
тока. Блок фоновой активности при небольших токах фореза
принят за показатель высокой чувствительности к ГАМК боль-
шинства изученных клеток. Чувствительность к таурину выра-
жена гораздо слабее: лишь для 20% клеток эффекты таурина
сопоставимы с действием ГАМК, при этом подавление актив-
ности наступает при слабых токах микроэлектрофореза. После
выключения тока фореза действие ГАМК и таурина еще про-
должается некоторое время, иногда длится несколько секунд,
т. е. зависит от силы и длительности токов фореза, иными
словами — от количества выделяющегося вещества.
Иногда наблюдается постепенное ослабление влияния амино-
кислот в процессе их выделения. Такой тип реакции встречает-
78
ся как при слабых токах микроэлектрофореза, не намного превы-
шающих пороговые значения, так и при более значительных
величинах токов. Другой важной особенностью действия тор-
мозных аминокислот является наличие в ряде случаев сильного
эффекта отдачи, заключающегося в значительном усилении актив-
ности нейрона после прекращения действия вещества, причем
время, необходимое для восстановления нормального уровня фо-
новой активности, обычно составляет 1—2 сек.
Рис. 3.9. Ответы нейрона сенсомоторной коры при аппликации ГАМК и тау-
рина (по Александрову).
п число импульсов п бине (200 мс) гистограммы После аппликации ГАМК было просле-
жено полное восстановление исходной картины ответов и ПСП. Видно, что после подведения к
нейрону ГАМК и таурича начальные компоненты ответов тормозятся при одновременном сохранении
основного его компонента.
Реакции нейронов сенсомоторной коры, вызванные стимуля-
цией кожи конечностей, обнаруживают несколько большую устой-
чивость к действию ГАМК и таурина по сравнению с фоновой
активностью. Ответы нейронов сохраняются относительно неиз-
менными даже при достижении полного блока фоновой активнос-
ти. При дальнейшем увеличении тока микроэлектрофореза проис-
ходит снижение числа импульсов в ответе нейрона, уменьшение
вероятности его возникновения, элиминация ранних или (и)
поздних компонентов реакции, слабее выраженных в норме по
сравнению с главным пиком ответа (рис. 3.9). Иногда заметно
резкое повышение амплитуды нейронального спайка под дейст-
вием ГАМК, что объясняется локальной гиперполяризацией мемб-
раны в непосредственной близости от кончика микроэлектрода.
Подобный эффект многократно воспроизводится на одном и том
же нейроне.
Реакции корковых нейронов изучались в условиях внутри-
клеточного и квазивнутриклеточного отведений. При проколе
мембраны величина мембранного потенциала была не менее 30 мВ.
Ввиду того, что расстояние между кончиком регистрирующего
микроэлектрода и отверстиями трехствольной микропипетки, со-
держащей исследуемые вещества, составляло 30—50 мкм, воз-
растали латентные периоды действия аминокислот и пороговые
значения токов микроэлектрофореза.
При микроэлектрофорезе ГАМК токами 90—120 нА наблю-
дается подавление импульсной активности и гиперполяризация
мембраны (рис. 3.10, А). Латентный период эффекта состав-
ляет в среднем 1,9 с. Величина гиперполяризации составляет
6,1 ±0,6 мВ в условиях внутриклеточного отведения и 3,3±
±2,9 мВ — при квазивнутриклеточном.
Рис. 3.10. Внутриклеточная регистрация эффектов аппликации ГАМК (Л)
и таурина (Б) на фоновую активность нейронов сенсомоторной коры (по Александ-
рову и Батуеву).
Объяснение в тексте.
При микроэлектрофорезе таурина токами 120—150 нА, как
правило, также наблюдается гиперполяризация мембраны и прек-
ращение импульсной активности нейрона (рис. 3.10, Б). Однако
эффект таурина развивается медленнее, гиперполяризация мемб-
раны проявляется слабее и полный блок импульсных разрядов
достигается не всегда. Латентный период эффектов таурина сос-
тавляет в среднем 3,0± 1,8 с (от 0,9 до 5 с), а величина
гиперполяризации при внутриклеточной регистрации — 3,8 ±
± 0,8 мВ, при квазивнутриклеточной — 2,0 ± 0,4 мВ. Помимо
гиперполяризации мембраны обе аминокислоты вызывают рез-
кое снижение амплитуды синаптического шума, а в отдельных
случаях, при восстановлении активности после аппликации ГАМК,
наблюдается кратковременное уменьшение амплитуды спайков.
Это, по-видимому, свидетельствует о значительном увеличении
проницаемости мембраны нейрона.
Для проверки этого предположения был проведен опыт, в ко-
тором толчки тока (при использовании мостовой схемы) пода-
вались через внутриклеточный электрод во время и после дейст-
вия аминокислот. ГАМК вызывала чрезвычайно демонстратив-
ное падение сопротивления мембраны, в то время как эффекты
80
таурина были сравнительно слабыми. Изучение действия тормоз-
ных аминокислот на реакции клеток, вызванные стимуляцией
кожи конечностей, позволило продемонстрировать динамику раз-
вития влияния ГАМК и таурина (рис. 3.11). Наблюдалось по-
степенное ослабление ВПСП, не приводящего более к генера-
ции потенциала действия, увеличение длительности тормозной
паузы, постепенное ослабление ТПСП и полный блок импульсной
активности. Амплитуда регистрируемых ТПСП в нормальных
условиях была близка к величине гиперполяризации, вызывае-
мой ГАМК и таурином.
Рис. 3.11. Внутриклеточная регистрация эффектов влияния ГАМК (Л) и таури-
на (Б) на вызванную активность нейронов сенсомоторной коры (ток фореза
150 нА) (по Александрову и Батуеву).
/—4 — постепенное развитие угнетения ответа, обусловленное аппликацией аминокислоты
Таким образом, было продемонстрировано, что изучаемые ами-
нокислоты вызывают гиперполяризацию мембраны нейрона, со-
провождающуюся повышением проницаемости, однако выражен-
ную в разной степени.
Причиной более слабого действия таурина может быть ли-
бо удаленность его рецептивных зон от точки регистрации, ли-
бо вообще незначительное количество рецепторов, на которые
он оказывает действие. Ряд факторов заставляет склониться
В пользу первой возможности. Таурин нередко оказывает очень
четкий эффект, блокируя фоновую и вызванную активности, и
практически не способен повлиять на импульсную активность,
вызываемую механическим воздействием на клетку кончиком мик-
роэлектрода, что иногда наблюдается при квазивнутриклеточ-
ном отведении. При постепенном приближении электрода к ней-
рону удается наблюдать картину изменения влияния таурина.
Если в начале регистрации таурин также эффективен, как ГАМК,
ТО при постепенном приближении к клетке (на протяжении 30—
81
50 мкм) его эффективность резко падает, в то время как эффек-
ты ГАМК сохраняются и даже улучшаются. Эти данные поз-
воляют предположить, что местом действия таурина могут быть
отдаленные участки мембраны клетки — дистальные дендриты.
Это подтверждается наблюдениями о высокой эффективности
таурина при локализации электрода в верхних слоях коры, кото-
рая снижается по мере приближения микроэлектрода к соме клет-
ки (рис. 3.12), а также сведениями о высокой активности таури-
на в отношении блокирования эпилептической судорожной актив-
ности дендритной природы.
Рис. 3.12. Уменьшение эффективности действия таурина на активность нейрона
при приближении к нему микроэлектрода (по Александрову и Батуеву).
.4 •- фоновая активность нейрона (гон мнхроэлектрофореза 90 нА); б— вызванная активность
после подведения микроэлектрода к нейрону на расстояние 30 мкм (ток микроэлектрофорез# 150нА)
Стрелки обозначают моменты начала и конца аппликаций.
Видно, что, несмотря на большую интенсивность и длительность выведения таурина, его эффект
при расположении электрода близко к соме значительно слабее' чем при расположении в зоне
апикальных дендритов.
Известно, что в раннем онтогенезе основные синаптические
контакты на соме нейрона практически отсутствуют, а сосре-
доточены на дендритах, что для постсинаптических потенциа-
лов характерны часто встречающиеся ТПСП большой длитель-
ности. Важны в этой связи сведения о том, что именно в дан-
ный период онтогенеза содержание таурина в коре головного
мозга значительно превосходит его уровень у взрослых живот-
ных. Содержание ГАМК, напротив, низкое и приближается
к уровню концентрации у взрослых животных, лишь начиная
с седьмого дня после рождения. Уровень ГАМК, характерный
для взрослых животных (крысы), достигается лишь к 30-му
дню постнатального онтогенеза. Эти сведения дают основания
предполагать, что в эффективно функционирующих на данном
этапе онтогенеза аксо-дендритных тормозных синапсах медиато-
ром является таурин, в то время как аксосоматические тор-
мозные синапсы, образующиеся позднее, предположительно яв-
ляются ГАМК-эргическими.
82
3.4.2. Торможение дендритной
и соматической локализации
га __
Попытаемся сопоставить результаты фармакологического,
’£ электрофизиологического и нейроморфологического подходов к
< изучению внутрикоркового торможения. Как показывают наблю-
дения, характер терминалей, которые можно считать тормоз-
- ними, на теле корковых пирамидных клеток и их дендритах
существенно различен. Прежде всего — это касательные синапсы
' в составе корзинчатого сплетения, которые образуются не только
короткоаксонными звездчатыми клетками, но и другими длинно-
*. аксонными нейронами. Логично думать, что активация такого
Г перицеллюлярного сплетения (по общему мнению, оказывающая
тормозящее действие на пирамидный нейрон) может возник-
нуть не только через звездчатую клетку, но и по транскор-
тикальным и кортикопетальным путям. Это существенно рас-
ширяет набор тормозящих входов к корковому нейрону. Геомет-
рия корзинки обеспечивает длительное течение гиперполяриза-
ционного процесса, сопровождающегося длительным первичным
ТПСП. Генез этих ТПСП может быть обусловлен существенным
возрастанием проницаемости соматической мембраны под влияни-
"* ем активации ГАМК-эргических аксосоматических синапсов.
Морфологически в самостоятельную категорию тормозных ин-
тернейронов выделяют звездчатые клетки, образующие тормоз-
ные контакты преимущественно с дендритами пирамидных ней-
ронов. По классификации Я- Сентаготаи — это малые корзинчатые
клетки. Мы не имеем оснований отвергать это предположение.
\ Тем не менее геометрия симметричного синапса на дендрите
сильно отличается от такового на соме нейрона прежде всего
- своими размерами. Поэтому можно допустить, что гиперполя-
_ ризация сомы, которая опосредуется данными синапсами, должна
4 быть длиннолатентной, низкоамплитудной и краткой по времени.
4- Этим условиям отвечают некоторые первичные ТПСП, которые
£ регистрируются в порядке реализации возвратного торможения.
в‘ (Попутно заметим, что нельзя исключить возможность активации
- большой корзинчатой клетки возвратной коллатералью аксона
пирамиды.) Следуя физическим характеристикам такого ТПСП,
нужно ожидать его меньшую эффективность для регулирования
& импульсной активности нейрона. Последнее как раз совпадает
с эффектами вероятных таурин-эргических синапсов, которые,
как мы полагаем, локализуются на дендритах пирамидных нейро-
Щ., нов и поэтому вызывают менее значительное увеличение про-
ницаемости соматической мембраны.
Подобное же распределение тормозных входов предполагается
ДЁ, и в коре мозжечка, где на телах клеток Пуркинье, скорее всего,
gлокализуются терминали аксонов корзинчатых клеток ГАМК-эрги-
ческой природы, а таурин-эргические синапсы, вероятно, лока-
^К лизуются на дендритах.
83
Следует обратить внимание на описанные выше явления сниже-
ния фоновой частоты импульсации и подавления более слабо
выраженных по сравнению с главным пиком компонентов ответ-
ной реакции коркового нейрона, а также относительно большей
устойчивости основного ответа к действию тормозных амино-
кислот. Все это приводит к своеобразному обострению, подчер-
киванию основного сигнала, увеличению соотношения сигнал-
шум. Возможно, данный механизм действительно играет свою
роль при выделении сигнала из шума или повышении надежности
срабатывания элементов нейронных ансамблей. Во всяком слу-
чае тонические тормозные влияния могут играть большую роль
в организации работы того или иного нейронного модуля, в част-
ности избирательно повышать пороги его срабатывания на те
или иные сигналы, что было экспериментально продемонстри-
ровано выше.
3,5. РОЛЬ ТОРМОЖЕНИЯ
В ОРГАНИЗАЦИИ РЕЦЕПТИВНЫХ ПОЛЕЙ
КОРКОВЫХ НЕЙРОНОВ
Одной из важнейших функциональных характеристик нейрона
является его рецептивное поле (РП), динамика которого характе-
ризует степень пластичности конвергирующих к нейрону аффе-
рентных входов. Известно, что корковые нейроны имеют большие
РП, которые формируются в результате широкой конвергенции
влияний более низких уровней мозга. При этом происходит услож-
нение РП: изменение контуров, появление тормозных участков.
Так, РП нейронов сенсомоторной коры в 16—100 раз больше,
чем у первичных афферентных нейронов.
Под барбитуровым наркозом, обычно используемым в физиоло-
гических опытах, большинство нейронов имеет локальное РП
овальной формы на контрлатеральной половине тела. Как пра-
вило, РП характеризуются возбуждающим центром и тормозной
периферией. При использовании хлоралозового наркоза обнару-
живаются клетки как с локальными, так и обширными РП, вплоть
до мультисенсорных элементов. РП различаются по размерам,
местоположению, стабильности, субмодальностям. Половина всех
нейронов имеют фиксированные локальные РП наименьших раз-
меров, расположенные на контрлатеральной стороне тела. Фик-
сированные широкие билатеральные и модально специфичные
РП обнаружены в 75% случаев. Большое их число оказываются
прерывистыми, т. е. они имеют несколько возбуждающих фо-
кусов, отделенных друг от друга тормозными участками.
Отмечено, что при повторных раздражениях наряду с увеличе-
нием размеров РП появляются реакции на ранее неэффектив-
ные модальности раздражений. Возбуждающая зона РП может
обратимо смещаться и заменяться тормозной. Такне РП наз-
ваны лабильными.
84
Н» Если локальные РП регистрируются в различных эксперимен-
3g тальных условиях, то свойства нейронов с широкими РП зависят
прежде всего от типа наркотизации, не обнаруживаются под
барбитуратами и часто регистрируются под хлоралозой.
При опеределении РП внеклеточная регистрация активности
создает ряд трудностей в интерпретации причин их функциональ-
ных свойств и оценке собственно кортикальных механизмов, от-
ветственных за эти свойства. Один из подходов к решению
этой проблемы может заключаться в прямом воздействии ве-
роятных синаптических медиаторов и их антагонистов на пост-
синаптическую мембрану корковой клетки, что позволяет на-
правленно изменять работу синаптических механизмов.
Некоторые фармакологические вещества препятствуют дейст-
вию синаптических медиаторов путем блокирования производи-
мых этими медиаторами изменений проницаемости постсинап-
тической мембраны к определенным ионам. К числу известных
антагонистов аминокислот — вероятных тормозных медиаторов —
относят пикротоксин, бикукулин, стрихнин. Причем пикротоксин
и бикукулин являются антагонистами ГАМК и таурина, а стрих-
нин избирательно блокирует действие глицина.
Причем антагонисты оказывают также и неспецифическое
влияние на исследуемую клетку, производя незначительную де-
поляризацию клеточной мембраны. Это может влиять на пара-
метры РП как непосредственно—в результате изменения воз-
с будимости нейрона, так и косвенно — за счет большей или мень-
шей маскировки возбуждающих и тормозных влияний.
Глутамат может являться потенциальным возбуждающим ней-
ропередатчиком в ряде структур мозга. Обнаружена система
обратного захвата L-глутамата из синаптической щели с высо-
кой степенью сродства, осуществляемого нервными окончаниями
и глиальными клетками. Микроионофорез изолированной и очи-
щенной фракций синаптосом, содержащих L-глутамат, оказы-
вает возбуждающее действие на корковые нейроны, установлено
. сильное возбуждающее действие L-глутамата на корковые ней-
: роны, деполяризацию мембраны, снижение ее сопротивления,
и предполагается, что он взаимодействует со специальными ре-
цепторами постсинаптической мембраны нейрона. Следовательно,
. Для моделирования усиления возбуждающих влияний исполь-
! зование воздействия L-глутамата на отдельный корковый нейрон
д вполне допустимо.
До последнего времени влияние антагонистов вероятных тор-
мозных аминокислот на РП нейронов изучалось применительно к
зрительной корковой области. Микроэлектрофоретическая аппли-
'X нация бикукулина приводит к значительным изменениям свойств
РП корковых клеток. Такие свойства нейронов, как избиратель-
на иость к скорости смещения светового пятна, направлению и ориен-
jSat тации стимула, значительно изменяются под влиянием аппли-
нации бикукулина. Нейроны во многом утрачивают свои детек-
85
торные свойства, иногда же значительно ослабляются высоко-
специфические свойства конкретного детектора. Последнее позво-
ляет допустить наличие в коре специфических тормозных ме-
ханизмов, участвующих в модуляции ряда детекторных свойств
нейронов. Особую роль приписывают тормозным интернейронам,
трансформирующим различные возбуждающие входы в тормоз-
ные.
В связи с разработкой идеи об определяющей роли внутри-
коркового торможения в формировании пластических свойств
нейронов сенсомоторной коры приведем некоторый фактический
материал, который послужит экспериментальным основанием для
ее аргументации.
Работа состояла в изучении свойств РП нейронов сенсомотор-
ной коры в исходном состоянии (легкий барбитуровый наркоз)
и после микроэлектрофоретической аппликации пикротоксина или
глутамата.
Для исследованных нейронов была характерна обычная струк-
тура РП, центр которого имел наименьший латентный период
реакции и наибольшую вероятность ее возникновения. Стимуля-
ция крайних зон РП могла вызывать отчетливую тормозную
реакцию. Большая часть нейронов имела локальные РП
(рис. 3.13). В ряде случаев демонстрировались сложные РП,
состоящие из не связанных между собой участков поверхности
тела.
Локальные РП, расположенные на дистальных частях контр-
латеральной конечности, под влиянием весьма умеренной
(3—6 мин) аппликации пикротоксина расширялись. Действие
пикротоксина (90 нА, 3 мин) на нейрон с локальным РП в бо-
лее проксимальной части конечности приводило к значительному
расширению зоны, стимуляция которой не возбуждала нейрон
в исходном состоянии (рис. 3.13, 5). Еще более наглядно прояв-
ляется эффект пикротоксина при повторной более длительной ап-
пликации. Восстановление исходных соотношений отмечалось
спустя 25 мин.
Правильного, равномерного увеличения РП практически не
наблюдалось. Например, РП нейронов значительно вытягивалось
в дистальном направлении и сравнительно мало в проксималь-
ном (рис. 3.13, /). Ответы нейрона на стимуляцию периферических
зон РП приобретали под действием пикротоксина возбуждаю-
щий характер с более или менее выраженной тормозной паузой
вместо чисто тормозной реакции (рис. 3.13, 2 и 3).
Тормозные реакции нейронов полностью подавлялись редко.
Чаще всего наблюдалось ослабление или укорочение тормоз-
ных реакций.
Аппликация пикротоксина иногда приводила к умеренному
повышению фоновой активности нейрона, что может быть свя-
зано с его деполяризующим неспецифическим действием на мемб-
рану или с ослаблением тонических тормозных влияний. Для
86
того чтобы убедиться, что наблюдаемые эффекты РП не были
обусловлены повышением фоновой активности, проводились экспе-
рименты с аппликацией глутамата, обладающего сильным депо-
ляризующим действием.
Имп
,плЛа
Рис. 3.13. Постстимульные гистограммы ответов нейрона сенсомоторной коры
на аппликацию пикротоксина (по Александрову и Шейннкову).
Справа — схема передней конечности е указанием точек стимуляции; 4 н 5 локальные ол РП,
2 и 3 — off-РП Л — норма, Б — аппликация пикротоксина (90нА, 3 мин) при «=10.
После аппликации пикротоксина off-РП исчезает. ол-РП увеличивается в дистальном направ-
лении. Видно, что под воздействием пикротоксина обнаруживаются отчетливые возбудительные реак-
ции при стимуляции ранее неэффективных пунктов (/) или участков кожи (2 и 3), вызывавших
тормозные реакции нейрона. Все эти изменения обратимы
Было обнаружено, что глутамат не влияет на характеристи-
ки РП, хотя возбуждающие реакции нейрона могли усиливаться.
Проводилось сопоставление эффектов глутамата и пикротокси-
на на одном и том же нейроне. Стимуляция исходно неактивной
точки на фоне аппликации глутамата не изменяла характера
ответа, тогда как под пикротоксином появлялась отчетливая
возбуждающая реакция.
В других случаях на фоне глутамата происходила маскиров-
ка возбуждающей реакции при стимуляции исходно активной
87
точки за счет повышения фоновой импульсной активности. Пик-
ротоксин не вызывал резкого обострения ответа на стимуля-
цию той же точки и приводил к появлению ответной реакции
при стимуляции ранее неактивного участка кожной поверхности.
Необходимо отметить, что эффект пикротоксина проявлялся
при весьма умеренных аппликациях (3—6 мин, 90 нА), и, по-ви-
димому, действия его ограничивались сравнительно небольшим
участком клеточной мембраны. Локальность такого воздействия
весьма вероятна, если учесть неравномерность распределения
тормозных синапсов на соме и дендритах клетки. Этим можно
объяснить неравномерность увеличения РП в разных направле-
ниях.
Имеются данные о том, что функциональный центр РП час-
то не совпадает с его геометрическим центром. Поэтому неравно-
мерность в расширении РП под действием пикротоксина свя-
зана с ослаблением тормозных процессов, а не с возрастанием
фоновой активности клетки.
Описанные выше изменения свойств РП корковых нейронов
под воздействием пикротоксина свидетельствуют о том, что в
принципе нейрон может реагировать на очень широкий набор
раздражений. Иными словами, существует гораздо более обшир-
ная конвергенция возбуждающих влияний, чем это удается об-
наружить при тестировании отдельной клетки коры в данный
момент времени. Мощное внутрикорковое торможение ограни-
чивает в данный момент конвергенцию возбуждающих влияний
на отдельный нейрон, определяя характер его реакций, форми-
руя функциональное РП корковых клеток.
Как было описано раньше, большинство исследователей счи-
тают, что тормозные влияния к выходным нейронам приходят
главным, образом от окружающих их тормозных интернейронов.
С целью проверки этого предположения были проведены экспе-
рименты по следующей схеме. Регистрировалась фоновая импульс-
ная активность глубоко расположенной пирамидной клетки сен-
сомоторной коры. Трехствольная микропипетка, заполненная глу-
таматом, вводилась на глубину 11—III слоев на расстоянии
150—300 мкм от первого трека. При микроэлектрофоретической
аппликации глутамата обнаруживался выраженный тормозной
эффект. Последний не возникал при большей дистанции между
отводящим и раздражающим электродами. Поскольку при хими-
ческой стимуляции объема ткани отсутствует влияние на волок-
нистые структуры, можно думать, что возбуждающее действие
глутамата затрагивает в первую очередь тормозные интерней-
роны, которые эффективно тормозят наблюдаемую клетку.
Как было упомянуто в главе 1, в соматосенсорной коре
некоторых грызунов (белые крысы, опоссумы) обнаружена колон-
чатая организация скоплений нейронов в своеобразные бочонки.
Каждый из них имеет диаметр 200—300 мкм, все клетки такого
бочонка активируются движением только одной контрлатераль-
88
ной вибриссы. Кроме того, было установлено, что нейроны прояв-
ляют дирекциональную чувствительность, т. е. реагируют преиму-
щественно или исключительно на отклонение вибриссы лишь в оп-
ределенном направлении, в то время как смещения в других
направлениях оказываются для того же нейрона неэффектив-
ными.
Избирательность такого реагирования нейронов изучалась в
условиях блокирования подходящих к ним тормозных входов,
т. е. подведением к этим клеткам пикротоксина. Оказывается,
что после указанной процедуры нейроны полностью утрачива-
ют дирекциональную избирательность и активируются при любом
направлении смещения вибриссы.
Вероятно, анатомические связи определяют относительно
жестко принадлежность каждого отдельного бочонка коры к
иннервации соответствующей вибриссы. Однако более тонкие
функциональные характеристики, такие как дирекциональная
чувствительность, достигаются с помощью вовлечения ГАМК,-
эргических тормозных процессов, которые блокируют многие из
конвергирующих к тому же нейрону афферентных входов.
Таким образом, можно предположить, что характеристика
РП элементов одного структурного нейронного модуля обеспе-
чивается координирующей ролью внутрикортикального торможе-
ния, создаваемого благодаря конвергенции на сома-дендритной
мембране выходных корковых нейронов аксонов тормозных интер-
нейронов. Степень выраженности тормозных влияний, геометрия
распределения тормозных входов в сочетании с возбуждающими
на корковых пирамидах обеспечивают как стабильность одних,
так и пластичность других нейронных модулей и их функциональ-
ных свойств.
3.6. РОЛЬ ТОРМОЖЕНИЯ
ВО ВЗАИМОДЕЙСТВИИ НЕЙРОННЫХ МОДУЛЕЙ
В предыдущих главах уже упоминалось о том, что тормоз-
ные интернейроны могут рассматриваться как один из важней-
ших факторов межмодульного взаимодействия и формирования
на этой основе более крупных объединений нейронных модулей.
Учитывая это обстоятельство, а также вышеописанный прием
химической стимуляции глутаматом кортикального модуля, был
предпринят ряд специальных исследований.
Еще в 1967 г. Т. Биско и Д. Куртис обнаружили, что при
химическом возбуждении нейронов коры больших полушарий
с помощью микроэлектрофоретической аппликации возбуждаю-
щих веществ у нейронов, расположенных на некотором уда-
лении от пункта аппликации, возникает торможение фоновой
активности. Они объяснили наблюдавшийся феномен возбужде-
нием гипотетических тормозящих интернейронов, активность ко-
торых может лежать в основе внутрикортикального торможения.
89
Теперь мы располагаем сведениями о конструкции корковых
нейронных модулей и участии в их составе сложного набо-
ра тормозных интернейронов. Поэтому прием внутрикорковой
микрохимической стимуляции одного из модулей с помощью
аппликации глутамата и наблюдение за электрической актив-
ностью нейронов соседнего модуля может быть весьма эффек-
тивным.
Аппликация глутамата через один из микроэлектродов приво-
дила, с одной стороны, к возбуждению нейронов в районе аппли-
кации, с другой — к торможению фоновой активности нейронов,
находившихся на расстоянии 100—300 мкм (рис. 3.14). Было
Рис. 3.14. Реципрокные изменения активности пространственно разнесенных ней-
ронных модулей прн аппликации глутамата (по Александрову).
<4 — аппликация глутамата (50 нА) через мнкроэлектрод. б. Видна возбуждающая реакция ней-
ронов б' и 6" и тормозная реакция нейронов а' н а". Б •— аппликация глутамата (90 нА) через
микроэлектрод а. Видна возбуждающая реакция нейронов й' и а" и тормозная — нейронов б' и б"
Справа вверху—схема расположения кончиков микроэлектродов й н б. Начало н конец микро-
электрофореза обозначен пунктирной вертикальной линией.
также установлено, что с увеличением расстояния между кончи-
ками микроэлектродов тормозные реакции, во-первых, станови-
лись более выраженными, во-вторых, встречались гораздо чаще.
Так, если при расстояниях менее 100 мкм они отмечались толь-
ко в 10% случаев, то при расстоянии 100—200 мкм — уже
90
в 57%, а с увеличением расстояния до 200—250 мкм — в 70%,
Другой тип реакции — возбуждение — наблюдался, как пра-
вило, на расстояниях меньше 100 мкм (53%) и, вероятно, обуслов
ливается диффузией глутамата от места аппликации, Напомним
при этом, что средние размеры одного коркового модуля нахо-
дятся в пределах 100—130 мкм, а по современным представ-
лениям рецепторы глутамата локализованы на дендритах кор-
ковых клеток. Ряд наблюдений говорит о том, что популяция
нейронов, возбуждаемых глутаматом, довольно ограничена, часто
смещение на 10—15 мкм приводит к исчезновению реакции тормо-
жения. Иногда наблюдается деполяризационный блок активности
нейрона, регистрируемого электродом в зоне аппликации. Это
в ряде случаев может приводить к немедленному исчезновению
торможения удаленного нейрона. С увеличением расстояния меж-
ду микроэлектродами (со 100 до 200 мкм) доля возбуждающих
реакций резко падала (14%), причем для реакции возбуждения
, j были характерны длительные латентные периоды, и иногда она
появлялась после развития тормозной реакции. При расстояниях
более 200 мкм подобный тип реакции вообще отсутствовал.
Ж Но при этом возникала другая весьма существенная зако-
номерность. Обычно тормозящие связи характеризуются таким
SE* свойством, как односторонность, т. е. аппликация глутамата
Ж' через один электрод приводит к угнетению активности под другим
микроэлектродом, а при обратной процедуре (отведение с по-
мощью первого микроэлектрода, а аппликация — через второй)
гЖ' тормозные эффекты отсутствуют. Однако при расстояниях более
200 мкм регистрируются реципрокные связи, т. е, возбуждение
. Ле? одних приводило к торможению других, и наоборот. Из рис. 3.14
видно, что подобные реципрокные отношения сохранялись и пос-
jg" ле аппликации глутамата.
Ж Для Доказательства медиаторной природы наблюдаемых тор-
мозных реакций были проведены эксперименты с аппликацией
пикротоксина — известного антагониста ГАМК, Было показано,
f что при действии пикротоксина на нейрон, обнаруживший угне-
L тение фоновой активности в результате аппликации через другой
L=- электрод глутамата, эта тормозная реакция устраняется или
|, ослабевает. Значит причиной наблюдаемых эффектов являлись
активные тормозные процессы ГАМК-эргической природы. При-
Ц чем эти взаимоотношения разыгрываются не между одиночными
& клетками, а именно между нейронными модулями, ибо, как вид-
ено из рис. 3.14, каждая пара нейронов в возбужденном и за-
1торможенном модулях ведет себя совершенно одинаково. Это
является еще одним аргументом в пользу представления о ней-
ронном модуле как единой микросистеме коры.
Что же касается вызванной активности отдельных нейронов
Модуля, то на фоне такого ГАМК-эргического торможения четко
регистрировался феномен подавления фоновых импульсных раз-
рядов того же нейрона с сохранением основного рисунка от-
91
вета нейрона на соматическую стимуляцию (рис. 3.15). Причем,
как видно из этого рисунка, это явление было закономерным
для стимуляции центра соматического РП (для наиболее корот-
колатентных ответов лемнискового типа — на рис. 3.15, Б) и ме-
нее четко выражено для случаев стимуляции периферии РП, при
котором возникали длиннолатентные ответы. Следовательно, как
и в случаях прямого воздействия на регистрируемый нейрон,
так и при опосредованном влиянии на него через активацию тор-
Рис. 3.15. Изменение фоновой и вызванной активностей пространственно удален-
ного нейрона прн аппликации глутамата (по Дутовой).
Слева — схема расположения кончиков мнкроэлектродов (я и б) и схема расположения раздрэ-
жаюшнх электродов на кожной поверхности коитрлатералъной передней лапы (А и Б).
/I и Б — ностсткмульные гистограммы ответной активности одного н того же нейрона б прн
стимуляция кожи соответственно через электроды Л и Б; слева — до аппликации, в середине — на
фоне аппликации, справа - последействие. Глутамат (70 нА) апттлнцмруется через мнкроэлектрод а
Начало и конец тока электрофореза обозначен пунктирной линией. Момент стимуляции отмечен
стрелкой В — частотограмма фоновой активности нейрона б.
мозного интернейрона, имеет место общая реакция, а именно:
при определенной величине торможения нейрона или нейронного
модуля имеет место увеличение соотношения сигнал-шум, т. е.
выделение полезного сигнала из фоновой активности нейронов
этого модуля. В этих случаях внутрикорковое торможение может
рассматриваться в качестве тончайшего инструмента координа-
ции сенсорных свойств корковых модулей.
Другая принципиальная закономерность во взаимодействии
соседних нейронных модулей заключалась в их пространствен-
ной ориентации. Оказалось, что если пара микроэлектродов рас-
положена так, что линия, соединяющая их кончики, проходит
перпендикулярно крестовидной борозде, то тормозные реакции
92
регистрируются в большом числе случаев. При расположении дан-
ной линии параллельно крестовидной борозде тормозные эф-
фекты исключительно редки. Из табл. 3.1 видно, что для эф-
фектов возбуждения подобная неоднородность отсутствует — чис-
ло таких случаев примерно одинаково для обеих использованных
ориентаций микроэлектродов. Эти данные свидетельствуют о том,
что тормозные интернейроны, осуществляющие внутрикортикаль-
ное торможение, представляют собой не диффузную сеть, а про-
странственно упорядоченную модульную организацию со строго
направленными влияниями. Морфологами установлена своеоб-
разная анизотропия сенсомоторной коры: описано два типа звезд-
чатых клеток (I и VI), у которых наблюдается четкая ориен-
тация дендритов и (или) аксонов в передне-заднем направлении.
Возможно, что описанные выше феномены опосредованы акти-
вацией такого типа тормозных интернейронов.
Для понимания физиологического смысла подобной законо-
мерности целесообразно привести данные Вернера и Уитсела
о характере проекции дерматомов тела на кору головного моз-
га. Они показали, что каждая часть или целый сегмент тела
проецируется на поверхность коры в виде длинной, узкой, из-
вилистой полоски, идущей спереди назад. Значит, движение в пе-
редне-заднем направлении по какому-то корковому представи-
тельству дерматома воспроизводит путь по дерматому на поверх-
ности тела. Движение же в медио-латеральном направлении по
коре моделирует движение по поверхности тела через отдель-
ные дерматомы. Учитывая приведенные выше данные, можно
предположить, что если пространственная специализация кор-
ковых модулей в медио-латеральном направлении (принадлежа-
щих к разным дерматомам) обеспечивается соматотопической
проекцией, то специализация модулей в передне-заднем направле-
нии (принадлежащих к одному дерматому) достигается с по-
мощью взаимного торможения, носящего реципрокный характер.
93
3.7. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Проблема торможения в целом настолько сложна, что для
ее исследования необходим мультидисциплинарный подход. Прис-
тальное внимание нейроморфологов обращено на описание и
дифференциацию тормозных элементов и их связей в коре боль-
ших полушарий. Разнообразные тормозные интернейроны входят
в состав структурных нейронных модулей и заканчиваются не
только на телах, но и на дендритах, и даже на начальном
сегменте аксона пирамидных клеток.
Нейрофизиологический анализ позволяет допускать наличие,
по крайней мере, двух типов торможения — кратковременного
возвратного (преимущественно дендритной локализации) и дли-
тельного афферентного (преимущественно соматической локали-
зации). Предполагается, что эти типы торможения могут опосре-
доваться разными тормозными интернейронами и различными тор-
мозными медиаторами. Показано, что тормозные влияния на пира-
миды выступают в качестве основного фактора управления рецеп-
тивными полями данных нейронов. Таким образом, широкая
конвергенция афферентных входов на структурный нейронный мо-
дуль координируется внутрикорковым торможением. Последнее
созревает в динамике постнатального онтогенеза, обеспечивая
направленную селекцию сенсорных влияний.
Вероятно, одним из факторов индуцирования такого тормо-
жения является оформляющиеся в постнатальном онтогенезе
быстропроводящие соматические лемнисковые входы. Подрастая в
кору, последние обеспечивают селекцию экстралемнисковых (в том
числе и телецептивных) афферентных влияний. Следовательно,
внутрикорковое торможение можно рассматривать в качестве
основного фактора, организующего направленную конвергенцию
гетеросенсорных входов к элементам структурного нейронного
модуля.
Учитывая то обстоятельство, что основными элементами корко-
вого нейронного модуля являются эфферентные пирамиды с кон-
вергирующими на них афферентными входами, физиологический
смысл такой организации неокортекса может заключаться в фор-
мировании сенсомоторной интеграции. В таком случае на повест-
ку дня встает вопрос о характере конвергирующих к нейро-
нам сенсомоторной коры афферентных влияний, об их инфор-
мативной значимости для организации коркового сенсомоторного
взаимодействия. Принимая во внимание наличие субкортикальных
механизмов фильтрации афферентных влияний, мы должны при-
знать, что в коре происходит интеграция высшего порядка. По-
этому внутрикорковое торможение, выступая в качестве важней-
шего координирующего фактора, может определять степень вовле-
чения того или иного структурного нейронного модуля в це-
лостный акт сенсомоторной интеграции. В этом может заклю-
чаться физиологический смысл субординационного (возвратного)
94
торможения более молодой пирамидной системы на корковые
элементы экстрапирамидной системы (в частности, кортико-рубро-
спинальной). Нельзя исключить, что к этой же категории не
относится и торможение, которое локализуется на начальных
сегментах аксонов эфферентных пирамид.
Некоторые авторы трактуют пластический характер корковой
организации весьма расширительно, включая в эту категорию
явлений и морфологические перестройки межнейронных связей,
возникающие после различных поражений мозговых структур.
Мы же ограничились рассмотрением тех функциональных пре-
образований в коре больших полушарий, которые характеризуют
работу интактного мозга взрослого животного. Хотя при этом
надо отдавать себе отчет в том, что большинство видов кор-
ковой сенсомоторной интеграции являются продуктом индиви-
дуального опыта и проблема корковой пластичности переходит
в сферу дискуссии о корковых механизмах обучения (Л. Л. Воро-
нин, Б. И. Котляр, Ч. Вуди, У. Г. Гасанов и др.). Если под
обучением рассматривать активное извлечение сигнально значи-
мой информации и использование ее для построения коорди-
нированного поведенческого акта, то механизмы корковой сен-
сомоторной интеграции могут составить основное ядро процессов
обучения, а механизмы торможения могут выступать в качестве
основного фактора избирательного реагирования на сигнально
значимые компоненты среды.
Тогда высокий динамизм сенсомоторной интеграции, свойст-
венный взрослому организму, может в значительной мере зави-
сеть от степени пластичности межмодульных взаимоотношений
и диапазона конвергирующих к ним сенсорных влияний, кото-
рые определяются уровнем созревания и совершенства внутри-
кортикального торможения. Поэтому прежде чем рассмотреть не-
которые аспекты корковой сенсомоторной интеграции, целесооб-
разно проследить основные закономерности формирования
свойств корковых нейронных модулей в процессе созревания
мозга в постнатальном онтогенезе. Имея в виду существова-
ние определенного набора генетически детерминированных систем
связей в пределах мозга, нужно учитывать, что именно моло-
дой организм обладает наиболее выраженной пластичностью и
способностью к формированию индивидуального опыта. Поэтому
формированию свойств коры мозга в динамике его созрева-
ния и будет посвящена следующая глава.
Глава 4
СОЗРЕВАНИЕ НЕОКОРТЕКСА
В ПОСТНАТАЛЬНОМ ОНТОГЕНЕЗЕ
Исследование основных этапов формирования новой коры
и ее связей представляет собой один из наиболее эффективных пу-
тей для установления структурно-функциональных соотношений и
понимания закономерностей созревания кортикальных механиз-
мов интегративной деятельности мозга. Будучи сопоставимы с фи-
логенетическим подходом, исследования в онтогенезе позволяют
оценить значение закона рекапитуляции в этапном созревании
мозговых систем [Карамян, 1976]. Имеется в виду сходство крити-
ческих этапов развития центральной нервной системы в процессе
индивидуального и исторического развития позвоночных. Во-
первых, как в онто-, так и в филогенезе отмечена смена кри-
тических этапов развития нервной деятельности, что определяется
сменой уровней интеграции в восходящем ряду: спино-буль-
барный, мезэнцефало-церебеллярный, диэнцефало-стриарный и,
наконец, кортикальный. Во-вторых, эволюция центральной нерв-
ной системы в онто- и филогенезе совершается по принципу —
от диффузных неспециализированных форм функционирования
к более дискретным специализированным формам нервной дея-
тельности [Карамян, 1976]. Крупным обобщением, касающимся
возрастной динамики созревания мозговых структур и поведен-
ческих реакций, следует признать теорию системогенеза П. К. Ано-
хина (1968), которая формулирует основные закономерности со-
зревания функциональных систем как целостной интеграции струк-
тур и процессов. К моменту рождения организма избиратель-
но созревают генетически детерминированные нервные связи, не
зависящие от обучения, своего рода генетические матрицы раз-
вивающегося мозга. Эти связи и структуры «с места» обеспе-
чивают минимальный приспособительный эффект, обеспечиваю-
щий существование организма с первых же моментов после
рождения. Таким образом, наряду со случайными нервными свя-
зями многие из них в действительности детерминированы уже
на ранних стадиях отногенеза всей историей развития вида.
Они закладываются к рождению отдельными функциональными
96
блоками, их дальнейший количественный рост заключается в уве-
личении их связей с другими системами, установлении иерархи-
ческих взаимоотношений между ними, расширении афферентного
обслуживания с координированным выходом на исполнительные
аппараты. Ведущим фактором постнатального развития является
индивидуальное обучение.
Вместе с этим приходится констатировать весьма незначитель-
ное количество фактических данных относительно формирова-
ния функций новой коры в процессе индивидуального развития
млекопитающих, а отсюда и противоречивость ряда теоретичес-
ких положений. Часть их вызвана неоднозначностью экспери-
ментального материала, рассматривающего динамику онтогенеза
у животных с разной биологической организацией (зрело- и
незрелорождающиеся, с разной выраженностью экологической
специализации и др.) - Поэтому мы ограничим последующее изло-
жение лишь теми сведениями, которые получены в основном
в онтогенезе кошек для удобства сравнения с предыдущей и после-
дующей главой.
4.1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
СОЗРЕВАНИЯ НЕОКОРТЕКСА
Между развитием поперечника коры и общим созреванием
мозга существует временной разрыв. Если формирование коры
заканчивается к 30-му дню, то завершение созревания основных
мозговых систем — к 7—12 месяцам постнатальной жизни.
Развитие коры по ширине поперечника обусловливается не-
сколькими процессами: делением и миграцией нейробластов, соз-
реванием клеток, ростом их отростков, подрастанием афферент-
ных волокон из таламуса и ассоциативных кортико-кортикаль-
ных волокон. Каждый из этих процессов вносит свой вклад
в увеличение поперечника коры в определенном возрастном перио-
де. Так, деление и миграция нейробластов особенно значимы
еще в пренатальном периоде развития. Миграция нейробластов
закладывает основу развития неокортекса как по стратификации,
так и по последовательности и скорости развития слоев. Из-
вестно, что дифференциация нейронов начинается с глубоких
слоев коры. К периоду окончания миграции те нейробласты,
которые первыми образовались в результате митотического деле-
ния клеток вентрикулярного слоя и первыми мигрировали, ока-
зываются в глубине корковой пластинки и в дальнейшем форми-
руют V—VI слои коры, а те нейробласты, которые мигрировали
пос.ц'дними, располагаются непосредственно под плексиморфным
слоем и образуют II слой коры.
Морфологическое созревание нейронов выражается в появ-
лении и накоплении нисслевского вещества, развитии отрост-
ков и их ветвлений, в росте ядра и тела клетки, в миели-
низации аксонов и образовании синапсов. Уже у новорожден-
4—1187
97
ных животных клетки снабжены отростками, рост и развитие
которых продолжается в течение первых месяцев постнаталь-
ной жизни.
Одним из критериев созревания коры является прогрессив
ное уменьшение плотности клеток в результате пролиферации и уд-
линения отростков и афферентных волокон, вследствие чего проис-
ходит увеличение ширины коры. Таламические афференты, под-
растая к коре больших полушарий, способствуют дифференци-
ровке слоев коры и стимулируют развитие нейронов. Предпо-
лагается, что они образуют ветвления как в глубине корко-
вой пластинки, так и на ее поверхности — в плексиморфном
слое, что способствует аналогичному распределению максималь-
ной плотности дефинитивных синапсов. Постепенно в течение
раннего постнатального онтогенеза наблюдается сдвиг макси-
мума плотности афферентных таламических волокон от крайних
слоев коры к срединным.
Слой коры I отличается от других тем, что здесь форми-
руются первые клеточные элементы, сюда же направляются колла-
терали крупных корковых нейронов, аксоны клеток Мартинотти,
расположенных в глубине коры, восходящие дендриты пирамид-
ных и веретенообразных клеток.
Количественные ауторадиографические исследования у крыс
показали, что нейроны, предназначенные для слоя VI, закла-
дываются в вентрикулярной зоне на 16-й день эмбрионального
развития и переходят в этот слой пятью днями позже (рис. 4.1).
Подобно*этому, клетки будущего слоя V закладываются на 17-й
день и переходят туда спустя 6
дней, клетки IV слоя закладывают-
ся на 18-й день и мигрируют к нему
через 4—7 дней, и клетки II—Ш
слоев закладываются на 19—21-й
день и занимают свое окончатель-
ное положение через 6—8 дней.
Таким образом, нейроны слоев
IV—VI уже заняли свое «взрос-
лое» положение к моменту рожде-
ния (21-й день), тогда как нейроны
слоев II и III еще мигрируют и пос-
ле рождения, достигнув своего
окончательного положения через
4—6 дней после рождения.
Конечно, у разных животных и
для разных областей коры эти сро-
ки могут не совпадать. Однако об-
щими остаются следующие момен-
ты: все нейроны коры формируют-
ся благодаря митотической ак-
1Б117 118119 ’ 20121122123! Z'r'ZsWZT1 28'
Рис. 4 1. Динамика возникновения
и миграция корковых нейронов кры-
сы (по Манну).
Обнаружение меченых клеток производится
с помощью инъекции [ДН] тимидина на 16—
21-й дни после оплодотворения. По оси абс-
цисс время в днях после оплодотворения, по
ш’и ординат — корковые слон Различными
<начкачи показало закладывание кейроков с
и л'..1е.1л ющей их миграцией в разные корко-
вые слон.
98
тивности в вентрикулярной и субвентрикулярной зонах, но не
все формируются в одно и то же время; нейроны заклады-
ваются и мигрируют из глубины коры по направлению к по-
верхности, за исключением слоя Г, мигрирующие клетки мо-
гут образовывать синаптические контакты с клетками, мимо ко-
торых они проходят к местам своих окончательных локаций;
звездчатые клетки, особенно в слоях II и III, еще продолжают
мигрировать к моменту рождения, тогда как пирамидные клетки,
особенно в слое V и VI, к рождению уже заняли свои оконча-
тельные, «взрослые» локации.
Рис. 4,2. Корреляция морфологических и физиологических данных по созре-
ванию коры (по Шереру и др.)
По оси абсцисс — возраст постнаталъного развития (день рождения взят ияк J-h}; по осн орди-
нат слева — глубина корковых слоев, начиная от мягкой мозговой оболочки, справа — соответст-
вующие слои, как они представлены по ширине у взрослых животных. Звездочки снизу у каж-
дой колонки определенной возрастной группы — щнрнна поперечника коры у животных данного воз-
раста. Остальные обозначения в тексте.
На рис. 4.2. приведены корреляции морфологического созрева-
ния пирамидных клеток коры мозга в постнатальном онтогенезе
и некоторых электрофизиологических феноменов. Показано, что
миграция нейробластов к корковой пластинке н краевой зоне
заканчивается через несколько дней после рождения (верхний
левый угол рисунка). Треугольниками показаны тела пирамидных
99
клеток, расположенные в основном на той глубине, где регистри-
руется активность пирамидных нейронов, реагирующих на ан-
тидромную стимуляцию. Благодаря сравнению положения этих
клеток у различных возрастных групп заметно их более глу-
бокое залегание по отношению к поверхности коры по мере
ее созревания. На 7—9-й день после рождения медленные и быст-
рые нейроны пирамидного тракта могут отличаться по латент-
ности антидромных дтветов и глубине залегания тел нейронов.
Общее сокращение латентности спайков нейронов пирамидного
тракта на антидромный стимул особенно заметно после 10—12-го
дня и хорошо коррелирует с началом миелинизации пирамид-
ного тракта. Вертикальными точечными линиями для колонок
каждой возрастной группы показана предельная глубина регист-
рируемых нейронов с фоновой активностью. Как видно, она
ограничена несколькими сотнями микрометров в раннем постна-
тальном развитии и позже простирается на весь поперечник
коры. Индексами «тал» и «кал» показаны моменты, когда электро-
физиологические ответы могут быть получены в одних и тех
же корковых областях благодаря таламической и каллозаль-
ной стимуляции. Снизу показаны изменения в конфигурации
поверхностно регистрируемых вызванных потенциалов в ответ на
стимуляцию таламуса (отмечено стрелкой).
Таким образом, к моменту рождения слой I содержит волок-
на и незначительное число клеток Кахаля-Ретциуса. Слой V со-
держит в основном пирамидные клетки с апикальными денд-
ритами, достигающими иногда I слоя. Слой VI содержит почти
дефинитивные биполярные клетки и клетки с двойным букетом
дендритов. Кортико-фугальные аксоны слоев V и VI хорошо
развиты и во многих случаях обогащены зрелыми окончаниями.
Слои II и III содержат пирамидные клетки, у которых начи-
нают развиваться аксоны.
Динамика постнатального развития корковых нейронов и свя-
зей (представлена ниже) построена по данным на сенсомотор-
ной коре кошек (исключения оговариваются специально). Видно,
что для всех пирамидных клеток последовательность развития
в основном состоит в созревании апикальных дендритов, базаль-
ных дендритов, затем аксонов и их миелинизации. Для звезд-
чатых клеток порядок обратный — в начале аксоны, а затем до-
зревают дендриты.
!-й день; слой II — радиально ориентированные колонки овальных клеток,
начинают развиваться апикальные дендриты и аксоны,
слой V — клетки пирамидной формы с апикальными дендритами,
аксоны с коллатералями и проекциями в белое вещество,
слой IV — звездчатые клетки, специфические таламо-кортикальные
афференты, аксо-дендритные синапсы,
4-н день: очень быстро увеличивается число синапсов на нейронах (у крыс)
к 7-му дню. Больше синапсов на нейронах глубоких слоев, чем на
поверхностных (у крыс),
7-н день: появляются аксо-соматические синапсы, большое число ветвлений
100
дендритов пирамидных клеток, оформленные звездчатые клетки, у
крыс зрелых синапсов не обнаруживается,
8-й день: слой II — все клетки имеют базальные дендриты, на проксималь-
ных участках апикальных дендритов появляются шнпики,
(у мышей) впервые появляются аксо-аксональные синапсы.
9-й день: до сих пор в глубоких слоях обнаруживаются незрелые нейроны
(У крыс),
10-й день: слой II — легко идентифицируются пирамидные клетки по форме
и дендритному дереву. Более часто встречаются аксо-со-
матические контакты, появляются симметричные синапсы
на начальных сегментах аксонов, неспецифические аффе-
рентные волокна образуют контакты с дендритами, ци-
топлазма и отростки клеток не отличаются от таковых
у взрослых (крыс),
12-й день; обнаружены электронномикроскопические картины зрелой коры,
14-й день: шипики иа апикальных дендритах клеток слоя II, шипикн на всех
крупных дендритах, почти отсутствуют незрелые синапсы (у крыс),
18-й день: быстро увеличивается плотность дендритов (у крыс) до 24 дня,
21-й день: в синаптических бутонах начинают появляться вытянутые везикулы,
симметричные контакты на соме, проксимальных дендритах, началь-
ных сегментах аксонов, асимметричные контакты на малых дендри-
тах и шипиках и оба типа (симметричный и асимметричный) на денд-
ритном стволе. Кора в основном созрела. Более многочисленны
звездчатые нейроны. Незрелые клетки продолжают обнаруживаться
в поверхностных слоях (у крыс),
28-й день: ультраструктура взрослой коры за исключением миелинизации аксо-
нов, все коллатерали начинают достигать дефинитивных форм,
30-й день: завершается формирование синаптических связей афферентных во-
локон.
4.2. РАЗВИТИЕ МЕЖНЕЙРОННЫХ СВЯЗЕЙ
В ОНТОГЕНЕЗЕ
В основном межнейронные синапсы проходят путь своего раз-
вития в постнатальном онтогенезе. У новорожденных животных не-
зрелость ультраструктуры проявляется в небольшой протяжен-
ности активных зон синаптических мембран, незначительном ко-
личестве синаптических пузырьков, диффузно распределенных в
пресинапсе (рис. 4.3). К концу 1-й недели увеличивается площадь
специализации мембран, повышается электронная плотность в
местах их контакта, увеличивается количество везикул, их
концентрация в области утолщения синаптических мембран, в си-
наптической щели появляется субсинаптическая сеть. И только
к 2-недельному возрасту субмикроскопическое строение синапсов
становится сходным со строением синапсов взрослых.
Причем , раньше всего в онтогенезе среди аксо-дендритических
контактов обнаруживаются синапсы с круглыми везикулами, позд-
нее — с удлиненными, что связано, вероятно, с разными сроками
созревания возбуждающих и тормозных синапсов. На ранних
этапах развития контактирующие мембраны синапсов имеют вид
десмосом (увеличение электронной плотности в местах контак-
тов). Затем в процессе развития увеличивается количество синап-
тических пузырьков, которые с возрастом животного приобре-
тают одинаковую плотность и однообразный диаметр.
101
Особенно информативным является сопоставление структуры
синапсов зрительной коры слепого (12 дней жизни) и открыв-
шего глаза крысенка (13—14 дней). В синапсах верхнего этажа
коры (слои I—III) эти различия наиболее выражены: с прогре-
ванием резко увеличивается электронная плотность синаптичес-
ких мембран, пузырьки группируются в местах активного контак-
та, выявляется субсинаптическая сеть.
Рис. 4.3. Онтогенез синапсов коры больших полушарий (по Боголепову).
Л — появление единичных пузырьков и небольших зон утолщения мембран; Я — увеличение числа
пузырьков; В — скопление синаптических пузырьков у пресинаптической мембраны; Г - нормально
функционирующий синапс; Д последовательность выявления синапсов различной локализации; сна
чала появляются синапсы на стволах дендритов (/>, затем из соме. (2). разветвлениях апикаль-
ных дендритов (3) н базальных дендритах (4) и, наконец, снизпсы на шипиках (5) н аксонах (6).
Количество синапсов существенно зависят от степени зре-
лости той или иной области коры: если у новорожденных кры-
сят в зрительной коре зрелые синапсы отсутствуют, то в сенсо-
моторной коре они обнаруживаются в большом количестве. Ко
личество синапсов зависит от формирования системы дендри-
тов и коллатералей аксонов, т. е. от функциональной нагруз-
ки коры мозга. Например, установлено, что максимальное число
102
синапсов в теменной области наблюдается на 3—4-й неделе,
когда формируется зрелый тип ЭЭГ.
В онтогенезе синапсы выявляются в разные сроки на раз-
личных отделах нейронов: раньше всего они появляются на ос-
новном стволе дендрита, затем к концу первой недели на боль-
ших ветвях дендритов, на их более тонких ветвях синапсы об-
разуются к концу второй недели после рождения. На апикаль-
ных дендритах синапсы появляются раньше, чем на базальных.
Интенсивное образование аксосоматических синапсов отмечено
на 12—14-й день жизни.
Из аксо-дендритных позднее созревают аксо-шипиковые синап-
сы, первые такие синапсы были выявлены у крыс на 12—14-й день
постнатального развития и являются показателем функциональ-
ной зрелости коры, а, по мнению ряда исследователей (А. Шутц),
увеличение числа аксо-шипиковых контактов в онтогенезе свя-
зано с процессом обучения и накопления жизненного опыта.
Предполагают, что рано созревающие контакты являются ста-
бильными, а позднее формирующиеся в онтогенезе — более из-
менчивые и динамичные.
4.3. РЕГИОНАЛЬНЫЕ РАЗЛИЧИЯ
В СОЗРЕВАНИИ НЕОКОРТЕКСА
Как отмечалось выше, различные зоны коры больших полу-
шарий формируются в разные сроки и не по всем структур-
ным критериям становятся одновременно дефинитивными. Для
сравнения приведем оригинальные описания динамики нейронной
структуры сенсомоторной и теменной коры котят.
4.3.1. Нейронная структура
сенсомоторной области коры
К моменту рождения в сенсомоторной коре котят сформи-
рованы слои и афферентные входы. Важнейшими показателями
продолжающейся дифференцировки нейронов являются: шипи-
коподобные выросты на телах и проксимальных участках дендри-
тов, варикозные утолщения и шипикоподобные выросты на дендри-
тах, «точки роста» на аксонах и тонкие с точками роста кол
латерали аксона, малый диаметр и небольшое количество быстро
истончающихся ветвей дендритов и коллатералей аксона. Пира-
мидные клетки снабжены короткими и маловетвящимися базаль-
ными дендритами и выраженными апикальными дендритами, дос-
тигающими первого слоя. На телах пирамидных клеток встре-
чаются шипиковидные выросты. Пирамиды II и III слоев имеют
маловетвящиеся аксоны, которые прослеживаются на расстоянии
около 270 мкм от тела клетки и имеют четко видные утол-
щения — точки роста. Возвратные и косоидущие коллатерали аксо-
нов, как правило, появляются одними из первых, чуть позже
формируются горизонтальные коллатерали длиной до 90 мкм.
103
К 3—4-му дню жизни число коллатералей аксонов пирамид-
ных клеток доходит до 5, их длина достигает 320 мкм, возврат-
ные коллатерали могут входить в поле ветвления собственных
дендритов. На 8-й день жизни аксоны пирамидных клеток верхне-
го этажа сенсомоторной коры прослеживаются уже на расстоянии
380 мкм, увеличивается число коллатералей и степень их ветвле-
ния. К 3-недельному возрасту протяженность горизонтальных
коллатералей может достигать 1000 мкм.
Рис. 4.4. Схема созревания пирамидных связей в сенсомоторной коре кошки
(по Демьяненко).
Л—звездчатая клетка слоя II, дифференцировка таких клеток Дакаичивается к 2-недельному
возрасту; Б. 8, Г — звездчатые клетки, дифференцировка которых завершается к 3-неделъному воз-
расту; ft, Е.. Ж— звездчатые клетки, дифференцировка которых завершается к 4-недеяъкому возрасту
Звездчатые клетки у новорожденных котят выявляются во
всех слоях коры. Наиболее дифференцированными являются
звездчатые клетки глубоких слоев, от противоположных полю-
сов тела клетки отходит по 7—8 дендритов, на дендритах есть
выросты, варикозные утолщения. Протяженность аксона по го-
ризонтали составляет 300—500 мкм, имеются вертикальные колла-
104
терали, на которых много точек роста, что свидетельствует о про-
должающейся дифференцировке. По характеру ветвления дендри-
тов и аксона такие клетки, по-видимому, можно отнести к бу-
дущим звездчатым корзинчатым нейронам (рис. 4.4).
В слое III встречаются звездчатые клетки с двойным «буке-
том» дендритов преимущественно с вертикальным ходом аксона
с 1—2 короткими коллатералями и крупные звездчатые клетки
с восходящим аксоном. Звездчатые клетки слоя 11 слабо диффе-
ренцированы, имеют, как правило, короткий, неразветвленный
аксон.
У новорожденных котят пирамидные клетки глубоких слоев
являются более дифференцированными, чем таковые верхних
слоев. В этот период наиболее вероятными зонами контактов
на пирамидных клетках слоев V и III являются проксимальная
часть апикального дендрита, покрытая большим количеством
тонких, коротких (5—10 мкм) выростов и протошипиков, и «вер-
хушечный букет», расположенный в зоне горизонтальных воло-
кон слоя 1.
У новорожденных и двухдневных котят отмечается очень
плотное расположение апикальных дендритов слабо дифференци-
рованных пирамидных клеток слоев II и III. На срезе тол-
щиной 150 мкм в составе каждого пучка насчитывается 8 —12
дендритов. Расстояние между соседними пучками составляет
200—400 мкм.
К 1—2-недельному возрасту на дендритах звездчатых кле-
ток слоя V утрачиваются выросты, образуются равномерно рас-
положенные четковидные утолщения. Наибольшие изменения про-
исходят с аксонами, возрастает число коллатералей и их про-
тяженность, точки роста сохраняются только на терминальных
участках.
С 2- до 3-недельного возраста по мере развития пирамид-
ных нейронов слоев V и III — увеличения диаметра дендритов,
числа шипиков, усложнения аксонных сплетений и протяжен
ности коллатералей аксонов (до 1000 мкм) — формируются звезд-
чатые клетки слоя III с вертикальным ветвлением аксона. Такие
клетки образуют локальные контакты на средней части апи-
кальных дендритов пирамидных клеток (рис. 4.4, Б и Г). Зна-
чительно разрастаются аксоны крупных широковетвистых звезд-
чатых клеток слоя III, протяженность коллатералей аксона к 3-не-
дельному возрасту составляет по горизонтали до 1300 мкм
(рис. 4.4, Б). Терминальные ветви таких клеток образуют кон-
такты с апикальными и базальными дендритами соседних групп
пирамидных нейронов.
Следует подчеркнуть, что самые значительные изменения пре-
терпевают звездчатые клетки слоя II, так как они наименее диф-
ференцированы у новорожденных котят, а к 4-недельному возрас-
ту имеют самые многочисленные коллатерали и сложный рисунок
аксонов (рис. 4.4, Д и Е), к 3-недельному возрасту ветвле-
105
ния аксонов приобретают дефинитивную форму. По характеру
ветвления дендритов и аксонов выделяется несколько типов
клеток. К этому же периоду окончательно формируются «вер-
хушечные» ветвления апикальных дендритов, появляется большое
число шипиков. Формируются пучки апикальных дендритов, ха-
рактерные для сенсомоторной коры взрослых животных. Вы-
сокой степени дифференцировки достигают звездчатые клетки
слоя II с типичными извитыми терминальными веточками
(рис. 4.4, Е), образующие контакты на «верхушечных букетах»
апикальных дендритов. Локальные контакты образуют звездча-
тые клетки с нисходящим малоразветвленным аксоном
(рис. 4.4, Е), которые направляются от одного апикального
дендрита к другому, образуя касательные контакты, Дистантные
связи между различными группами пирамидных клеток осу-
ществляются звездчатыми клетками с горизонтальными коллате-
ралями (рис. 4.4, Ж).
Таким образом, параллельно развитию пирамидных нейронов,
увеличению их рецепторной поверхности, усложнению аксонных
систем происходит дифференцировка звездчатых клеток, и закан-
чивается она раньше для нейронов глубоких слоев. Так как
тормозные свойства в коре мозга в настоящее время досто-
верно установлены для некоторых типов звездчатых нейронов
(корзинчатых нейронов, клеток-канделябров, звездчатых клеток с
двойным букетом дендритов, аксон которых заканчивается на
апикальных дендритах пирамид), то можно предложить, что
тормозные входы формируются на пирамидных нейронах после-
довательно от сомы и проксимальной части апикального дендрита
к дистальным его участкам по мере дифференцировки звезд-
чатых клеток.
Электронно-микроскопический анализ показал, что на 2—3-й
день жизни котенка отмечается наличие в сенсомоторной коре
незначительного числа зрелых синапсов с преобладанием дефи-
нитивных десмосомоподобных контактов на средних по диаметру
дендритах в слое V. Отмечено большое число касательных синап-
сов и колб роста. К 4—5-му дню возрастает число зрелых
синапсов с организованным везикулярным содержанием. К 5-му
дню обнаружены пучки апикальных дендритов пирамид слоя V
с плотным прилеганием соседних отростков на большом про-
тяжении слоя IV. Затем чаще выявляются контакты на шипи-
коподобных выростах дендритов. Аксосоматические контакты впер-
вые обнаруживаются на уровне слоя V к 5-му дню жизни.
4.3.2. Нейронная структура
теменной области коры
В слое I по всей ширине прослеживаются длинные гори-
зонтальные волокна. В ряде случаев вертикальные волокна под-
нимаются из белого вещества, достигают слоя I, поворачивают
под прямым углом и идут горизонтально. От нейронов слоев
106
V—IV отходят тонкие апикальные дендриты, которые достигают
слоя I, причем на проксимальной и средней частях таких денд-
ритов шипиков очень мало, а на дистальных участках, кото-
рые находятся в зоне горизонтальных волокон, их значительно
больше. Отмечается приуроченность расположения шипиков к го-
ризонтальным волокнам. Это свидетельствует о том, что дисталь-
ные участки апикальных дендритов таких клеток первыми форми-
руют контакты с аксонами, проходящими по слою I.
Большинство специфических афферентов входят в кору под
углом 45°, отдают единичные коллатерали в нижних слоях, дости-
гают слоя Ш, интенсивно ветвятся, причем протяженность вет-
вей коллатералей по горизонтали составляет 450—500 мкм. На
терминальных веточках афферентов отмечаются точки роста.
В редких случаях ветви афферентных волокон образуют каса-
тельные контакты с апикальными дендритами пирамидных кле-
ток слоя III.
Таким образом, уровень развития афферентов в теменной
коре новорожденных котят достаточно высок и даже сопоста-
вим с таковым у взрослых животных.
Большинство пирамидных клеток слоя II слабо дифференци-
рованы, их аксоны уходят в белое вещество, отдавая по хо-
ду в разных слоях коры 2—6 тонких коротких (40—60 мкм)
коллатералей. На аксонах наблюдаются многочисленные точки
роста. От тела клетки отходит 4—6 тонких базальных дендритов
(их длина 70—150 мкм), вторичные ветвления практически от-
сутствуют, на базальных дендритах отмечаются единичные шипи-
ки. Апикальные дендриты дихотомически ветвятся 3—4 раза,
на них встречается большое количество шипикоподобных вырос-
тов. На телах пирамидных нейронов слоя II также встречают-
ся шипикоподобные выросты.
Пирамидные нейроны слоев III—V у новорожденных и двух-
дневных котят находятся в разной степени зрелости; 2/3 пира-
мидных нейронов слабо дифференцированы, сходны по уровню
развития с пирамидными нейронами слоя II, остальные пира-
мидные клетки достаточно высоко специализированы. У хорошо
дифференцированных нейронов тела конусовидной формы, шипи-
коподобные выросты на телах отсутствуют, базальные дендри-
ты имеют вторичные и третичные ветвления, покрыты шипи-
ками. Апикальный дендрит мощный, дихотомически ветвится 3—4
раза, в нижней трети ствола есть дополнительные веточки, покрыт
шипиками. Однако у всех нейронов на проксимальной части
апикальных дендритов имеются шипикоподобные выросты, ха-
рактерные только для незрелых нейронов. Аксоны большинства
нейронов также уходят в белое вещество, отдавая 4—7 более
длинных (до 300 мкм) горизонтальных и косоидущих колла-
тералей, от которых в свою очередь отходят вертикальные ве-
точки.
107
В редких случаях косонаправленные коллатерали пирамидных
клеток слоя III достигают по длине 500—700 мкм, поднимают-
ся в слой I, проходят горизонтально 100—150 мкм. Наблюдаются
контакты, образованные косонаправленными коллатералями ак-
сонов пирамид слоя III и апикальными дендритами пирамид-
ных клеток слоев II—III.
В слое V встречаются гигантские пирамидные нейроны, раз-
мер их тел составляет 40—60 мкм (иногда 40—50 мкм), ба-
зальные дендриты таких клеток образуют ветвления 3-го по-
рядка, покрыты шипиками, дистальные веточки имеют четковид-
ные утолщения. Это свидетельствует о том, что рост дендри-
тов продолжается. Апикальные дендриты гигантских пирамид
также достаточно хорошо выражены, дихотомически ветвятся на
уровне слоя III, от проксимальной и средней части отходят
веточки, дистальные участки апикальных и базальных дендри-
тов имеют четковидные утолщения.
В слое III встречается групповое расположение 3—5 пира-
мидных нейронов, апикальные дендриты которых формируют пуч-
ки. У котят первых двух дней жизни, в отличие от взрослых
животных, отмечается плотное прилегание не по всей длине
апикальных дендритов, а только в отдельных участках. В составе
пучков апикальных дендритов проходят аксоны вышележащих
пирамидных нейронов. Косонаправленные и горизонтальные ветви
афферентных волокон пересекают пучки, образуя касательные
контакты.
Звездчатые клетки у новорожденных и 2-дневных котят на-
ходятся в основном в глубоких слоях, редко в слое ГН и исклю-
чительно редко в слое 11. Звездчатые клетки слоев V—VI доста-
точно крупные, размер их тел достигает 55 мкм. У многих
звездчатых клеток дендриты отходят в горизонтальной плоскости,
образуя ветвления 4-го порядка. На дендритах наблюдаются
четковидные утолщения, тонкие растущие веточки. Аксоны отхо-
дят от клетки вертикально вниз, отдают 3—5 горизонтальных
коллатералей длиной до 450 мкм.
В слоях III—V встречаются звездчатые нейроны, у которых
дендриты ветвятся вдоль вертикальной оси тела клетки. Аксон,
направляясь вертикально вниз, распадается на ветви с верти-
кальными и горизонтальными коллатералями. Как правило, кон-
цевые веточки аксонов звездчатых клеток заканчиваются в нейро-
пиле, хотя наблюдаются контакты с проксимальными участками
дендритов пирамидных нейронов. По-видимому, на раннем этапе
постнатального онтогенеза звездчато-пирамидная система связей
еще не достаточно хорошо сформирована.
Звездчатые клетки слоя 11 слабо дифференцированы, харак-
теризуются тонкими, неразветвленными дендритами с бусинко-
видными утолщениями и аксоном с многочисленными точками
роста, не отдающим коллатералей.
108
В первые дни постнатального онтогенеза невозможно распре-
делить звездчатые клетки по типам, так как их аксонные систе-
мы еще слабо развиты. Электронномикроскопический анализ пока-
зал в теменной коре при сохранении общей динамики морфо-
логических преобразований наличие зрелых синапсов к 7-му
дню жизни. К этому моменту они встречаются чаще, чем в сенсо-
моторной коре, причем в начале созревают симметричные, а затем
увеличивается число асимметричных синапсов.
Таким образом, на ранних этапах онтогенеза нейронная орга-
низация теменной коры сравнима в своем развитии с проек-
ционными областями. Общая стратификация теменной коры, ее
нейронная и синаптическая организации обнаруживают дефи-
нитивные признаки раньше, чем сенсомоторная кора кошек.
4.4. ФОРМИРОВАНИЕ ТАЛАМО-КОРТИКАЛЬНЫХ ПРОЕКЦИЙ
Изучить закономерности развития интегративной деятельнос-
ти неокортекса возможно лишь при использовании системного
подхода, т. е. при рассмотрении корковых полей и соответст-
вующих подкорковых образований в качестве целостных таламо-
кортикальных систем. Имея в виду общепринятую их класси-
фикацию на специфические, ассоциативные и неспецифические,
необходимо отметить неодновременные темпы их формирования.
Последнее в значительной степени связано с динамикой соз-
ревания сенсорных систем, которая также неодинакова для раз-
личных видов животных и подчиняется правилу системогене-
за П. К- Анохина.
Специально следует отметить существенную роль таламо-кор-
ковых входов для формирования нейронной организации самого
неокортекса, что многократно демонстрировалось в эксперимен-
тах как с сенсорной депривацией, так и с различными моз-
говыми повреждениями.
Современный гистохимический метод, основанный на ретро-
градном аксональном транспорте экзогенной пероксидазы хре-
на (ПХ), открыл новые широкие возможности для оценки внутри-
мозговых связей. Суть метода состоит в том, что терминали
аксонов, к которым подводится пероксидаза хрена, захватывают
ее (пиноцитоз) и распределяют равномерно по всей цитоплазме
нейрона, в том числе доводят ее по аксону до тела клетки.
Фермент образует своеобразные гранулы, которые затем легко
выявляются при окрашивании гистологических срезов мозга. Та-
ким образом, наличие маркированных нейронов в различных
участках мозга может свидетельствовать о том, что они по-
сылают свои аксоны в тот район мозга, куда вводился фермент.
Возможности использования данного метода весьма велики,
но здесь мы рассмотрим выявленные с его помощью таламо-
кортикальные связи у животных разных возрастных групп. Опи-
санные раньше региональные различия в созревании фронталь-
109
ной (сенсомоторной) и теменной областей коры могут быть со-
поставлены с динамикой формирования афферентных входов к ним
из ядер таламуса.
Рассмотрим формирование таламических входов в сенсомо-
торную кору у котят в течение первого месяца постнатального
онтогенеза (рис. 4.5). Микроинъекции пероксидазы хрена произ-
водили в два участка сенсомоторной коры; в заднюю сигмо-
видную извилину (I) ив глубину крестовидной борозды (II).
В первой возрастной группе (рис. 4.5, А) в случае I мече-
Рис. 4.5. Распределение меченых клеток в таламических ядрах после инъек-
ций пероксидазы хрена в сенсомоторную (J, II) и теменную (111) области
коры мозга котят трех возрастных групп (по ШнхгасанОвой),
I. И - Локализация области диффузии после микроинъскций фермента в сенсомоторную область
коры; JJ1 —локализация области диффузии после микромнъекций фермента в теменную область коры
Возрастная группа: А — 1 -3 дня; Б -- 9--10 дней, В —21—30 дней
ные клетки обнаружены в вентробазальном комплексе (VPL —
VPM). Причем в клетках латеральной части комплекса, в VPL,
содержится значительно большее количество гранул продукта
реакции пероксидазы хрена, чем в клетках, расположенных ме-
диальнее. Плотность расположения интенсивно окрашенных ней-
ронов в VPL выше, чем в VPM, преобладают средние и круп-
ные мулътиполярные клетки. Существенно отметить, что меченые
клетки концентрируются в той части, которая у взрослых жи-
вотных соответствует проекции передних конечностей.
ill)
Когда инъекция производилась в глубину крестовидной бо-
розды, меченые клетки выявлены также в МД, и небольшое
количество маркированных нейронов (в случаях II и I) обна-
ружено в СМ и CL таламуса (рис. 4.5, А).
У котят второй возрастной группы (рис. 4.5, Б) после
инъекции ПХ в глубину крестовидной борозды меченые клет-
ки обнаружены в VPL, VPM, МД и интраламинарных ядрах
CL и СМ. В отличие от новорожденных в VPM отмечается
увеличение плотности и интенсивности окраски маркированных
клеток. Этот факт у котят второй возрастной группы может
свидетельствовать о формировании у них проекций задних конеч-
ностей в сенсомоторную кору.
Наконец, у котят третьей возрастной группы (рис. 4.5, В)
инъекции пероксидазы хрена были произведены, как и у новорож-
денных. В ранее упомянутых ядрах существенных отличий от пре-
дыдущего возраста не отмечалось, однако теперь меченые нейроны
обнаруживались в ипсилатеральном VL таламуса. К 3—4-не-
дельному возрасту проекции в сенсомоторную кору приобретают
дефинитивный характер, сравнимый с таковым у взрослых живот-
ных. Выявление проекции VL на сенсомоторную кору совпадает
по времени с периодом увеличения латентного периода вызван-
ных потенциалов.
Вероятно, лемнисковая соматическая система начинает форми-
роваться в течение пре- и начальных этапов постнатального
онтогенеза. Причем сперва подрастают в корд проекционные
пути передних конечностей и морды, а затем и задних конеч-
ностей. Кортикальные проекции VL, входящего в мозжечково-
таламо-кортикальную систему, выявляются к трехнедельному воз-
расту, когда появляется необходимость в координации двига-
тельных реакций всего организма.
Для сравнения с предыдущими данными другой группе ко-
тят тех же возрастов производили инъекцию ПХ в поле 7 те-
менной коры. У котят в возрасте 1—3 дней меченые клетки
обнаружены в подушечном ядре (Pulvinar), в дорзолатеральных
частях заднего латерального ядра (LP) и в переднем вент-
ральном ядре (VA). У котят в возрасте 9—10 дней в Pulvinar об-
наружены крупные клетки с толстыми начальными сегментами
дендритов. Этот тип относят к релейным. К 12-дневному воз-
расту заполненными ферментом оказываются все три типа клеток,
описанные для взрослых животных. Помимо этого меченые клет-
ки обнаруживаются в дорзальной части латерального дорзаль-
ного ядра (LD) и рострального отдела центрального латерального
ядра (CL).
Наличие меченых клеток в VA, LP и Pulvinar дает воз-
можность считать, что корковые проекции в пределах таламо
париетальной ассоциативной системы сформированы уже к мо-
менту рождения, тогда как СМ и CL формируют свои проек-
ции в поле 7 несколько позже — к 9—10 дню жизни котенка.
ill
По сравнению с этим таламо-фронтальная ассоциативная система
завершает формирование кортикопетальных связей позже.
Известно, что способность нейрона к ретроградному аксо-
нальному транспорту пероксидазы хрена зависит от степени раз-
вития аксона и его коллатералей. Поэтому отмеченные к 9—10-му
дню изменения в интенсивности окраски нейронов и увеличение
количества меченых клеток можно связать с возрастанием числа
аксонных терминалей таламо-кортикальных афферентов. Послед-
ние в свою очередь подразделяются на специфические, неспеци-
фические и ассоциативные, в зависимости от тех ядер таламуса,
от которых они берут начало.
Функциональные различия в созревании таламо-корковых
проекций могут оцениваться по методу электрической нейроногра-
фии, т. е. электрической стимуляции структур мозга (в данном
случае таламуса) с одновременной регистрацией биопотенциалов,
в частности от коры больших полушарий. Исследования на котя-
тах разного возраста показали, что динамика изменений парамет-
ров вызванных потенциалов (ВП) свидетельствует о функцио-
нальном созревании кортикальной проекции специфического вент
робазального комплекса ядер (VB) в сенсомоторную кору.
В сравнении с этим в процессе постнатального созревания
мозга происходит функциональное развитие (к 3-недельному воз-
расту) проекции вентрального латерального ядра лишь в сенсо-
моторную область коры.
Из интраламинарной неспецифической группы ядер таламуса
исследовано центральнолатеральное ядро (CL). Установлено, что
лишь в сенсомоторной коре обнаруживается тенденция к сокра-
щению латентных периодов ВП в ответ на стимуляцию CL.
Однако их значения даже у животных 3-недельного возраста
свидетельствуют о функциональной незрелости этого входа и, сле-
довательно, о более поздних сроках созревания неспецифических
входов в кору по сравнению со специфическими и ассоциатив-
ными. Такое заключение несколько противоречит традиционной
точке зрения о том, что в онто- и филогенезе развитие идет
от диффузных неспецифических форм организации к локальным
специфическим. Вероятно, это заключение справедливо в глав-
ном, но совсем не исключает при более детальном анализе сущест-
вование периодов развития, когда ограниченный набор рано созре-
вающих специализированных рефлекторных актов может по вре-
мени предшествовать неспецифическим формам реагирования.
Это последнее предположение дополнительно проверялось для
ассоциативного заднего латерального ядра (LP). При его стиму-
ляции у котят недельного возраста ВП широко регистрируются
по всей поверхности коры и, как правило, представляют собой
двуфазные колебания, латентный период которых не отличается
в разных отведениях. Изменения параметров ВП с возрастом
направлены в сторону сокращения латентных периодов и дли-
тельности фаз, при этом форма ответа приобретает все более дефи-
112
нитивный характер. Однако подобные изменения ВП наблюдают-
ся только в теменной, височной и, частично, затылочной облас-
тях коры, куда LP посылает прямые волокна.
Чрезвычайно распространенным методическим подходом для
оценки сроков подрастания таламических афферентов и форми-
рования внутрикортикальной организации служит прием регистра-
ции фокальных ВП с помощью микроэлектрода при его посте-
пенном погружении внутрь коры. Именно этот подход и исполь-
зуется для анализа динамики становления проекций LP на те-
менную кору кошки. Как видно из рис. 4.6, у 3-дневного ко-
тенка поверхностно регистрируемый ВП состоит лишь из длинно-
латентного низкоамплитудного негативного колебания, которое
сохраняется по всей глубине поперечника коры. Лишь на уровне
V—VI слоев возрастает крутизна фронта нарастания ВП, что сви-
детельствует о более синхронном афферентном залпе в глубокие
слои коры, чем в поверхностные. У котят 5—6-дневного воз-
раста появляется низкоамплитудная первичная позитивность, что
ведет к сокращению латентного периода ВП. По мере погружения
микроэлектрода эта фаза ВП сохраняется, а негативная фаза воз-
растает по амплитуде на уровне III—IV слоев, что свидетельст-
вует о формировании максимального фокуса деполяризации на
этом уровне. У 8-дневных котят с поверхности коры регист-
рируется позитивно-негативный ВП с латентным периодом 9 мс.
По мере погружения в глубь коры позитивная фаза исчезает
на уровне слоя IV. Негативная фаза на уровне слоя III расщеп-
ляется на два пика, первый из которых растет по амплитуде
и достигает максимума в глубоких слоях, а второй — на уров-
не слоя V меняет знак на противоположный. По-видимому, первый
пик негативности отражает пресинаптическую деполяризацию по
всему поперечнику коры. Аналогичная картина наблюдается и
у взрослых животных после уничтожения всех постсинаптических
элементов путем инъекции в кору каиновой кислоты. Второй пик
негативности, наблюдаемый в интактной коре, по-видимому, отра-
жает постсинаптическую деполяризацию на уровне слоев V—VI,
где он и претерпевает инверсию.
Аналогичная конфигурация ВП отмечалась и у 12-дневных
животных. Первичная позитивность сохранялась по всему попе-
речнику, за исключением VI слоя. Первый пик негативности
сохранялся по всей глубине, а второй — инвертировал на уровне II
и III слоев. Последнее связано, вероятно, с формированием
нового очага деполяризации, связанного с активацией верх-
них слоев за счет возвратных коллатералей аксонов пирамид
V—VI слоев. У животных 30-дневного возраста конфигурация
ВП аналогична. Однако начальная позитивность испытывает ин-
версию знака на границе III и IV слоев, где негативная фаза
возникает с более коротким латентным периодом. Негативная
фаза меняет знак ответа на границе II и III слоев, что согла-
суется с результатами на взрослых животных.
из
Рис. 4.6, Послойное отведение фокальных усредненных вызванных потенциалов в теменной области коры на стимуляцию
заднелатерального ядра таламуса у котят разного возраста (по Зотовой).
Сверху указан возраст животных Слева обозначена глубина отведения ВП в коре в мкм; справа — корковые слои. Калибровка: БО мкВ и 20 мс.
Следовательно, в генезе первичной негативной фазы вызван-
ного потенциала вначале участвуют клеточные элементы V—VI,
а затем II—III слоев. К месячному возрасту происходит мас-
кировка глубинных постсинаптических процессов в результате
разрастания клеточно-дендритной массы поверхностных слоев
(II—III) и завершения их нейронной организации.
4.5. АФФЕРЕНТНЫЕ СВОЙСТВА НЕОКОРТЕКСА
В ПОСТНАТАЛЬНОМ ОНТОГЕНЕЗЕ
Вызванные потенциалы (ВП) на соматические раздражения
четко регистрируются в соответствующих зонах коры уже к момен-
ту рождения. А ВП на телецептивные (зрительные и слуховые) сти-
мулы впервые возникают в коре больших полушарий на второй
неделе жизни. В сенсомоторной коре котят 3-дневного возраста
ВП на раздражение подушечки передней контралатеральной ко-
нечности имели дефинитивный характер и возникали с латент-
ным периодом 60 мс. С возрастом происходило укорочение ла-
тентного периода, так, на 5—9-й день жизни он составлял
41,5+3,8 мс, у котят старше месячного возраста (30—41-й день)
ВП возникали со скрытым периодом 15,0+0,7 мс.
Ответы на световую и звуковую стимуляции в сенсомотор-
ной коре выявляются с 8-дневного возраста. Ответ на звук регист-
рируется с латентным периодом 37,2 + 2,5 мс, но уже к 2-недель-
ному возрасту эта величина сокращается до 22,7+0,9 мс, и ответ
становился дефинитивным по ф°Рме- что совпадает по времени
с открыванием наружных слуховых проходов. ВП на световую
стимуляцию у недельных котят регистрируются с латентным перио-
дом 141,0+12,1 мс, и лишь к месячному возрасту эта вели-
чина сокращается до 16,8 + 1,6 мс (рис. 4.7).
В теменной коре у трехдневных котят выявляются ВП только
на световую стимуляцию; латентный период варьирует в пределах
150—160 мс. Важным этапом формирования зрительного ВП
является период прозревания (6—7 дней), величина скрытого
периода сокращается до 127,6+11,7 мс и ответ становится де-
финитивным по форме. У животных старше месячного возраста
латентные периоды ВП сокращаются до 22,4+4,2 мс. Пер-
вые ВП на звук в теменной коре выявляются к 5-му дню жиз-
ни котят, динамика изменений параметров ВП сходна с таковой
в сенсомоторной коре. Раздражение передних конечностей вызы-
вает появление низкоамплитудных колебаний, нестабильных по
форме в течение всего периода онтогенеза.
Анализ ВП в затылочной и височной областях на адекватную
афферентную стимуляцию выявил следующее. Первые ВП на све-
товое раздражение регистрируются в затылочной коре еще у не-
прозревших котят на третий день жизни и возникают с ла-
тентным периодом около 150 мс. Характерно, что в проекцион-
ной зоне ответ становится дефинитивным по форме только к
115
13-дневному возрасту, тогда как в теменной — к 9-му дню жизни
животного. Значительное уменьшение латентного периода отме-
чается к моменту открывания глаз, но затем до 16-дневного
возраста не происходит достоверных изменений этой величины.
Только к месячному возрасту значительно сокращаются времен-
ные параметры ВП на свет, латентный период которых состав-
ляет 25,2±5,8 мс, т. е. приближается к таковым у взрослых
животных (рис. 4.8).
Рис. 4.7. Усредненные вызванные потенциалы в сенсомоторной коре у котят
разного возраста на раздражение передней конечности (4), на звуковую стиму-
ляцию (£) и на световую стимуляцию (В) (по Шихгасановой).
Цифры слева указывают возраст животных в днях. Калибровка: 50 мкВ и 50 мс.
ВП на звук в слуховой проекционной зоне коры впервые
появляется к 6—7 дням в виде негативного колебания с ла-
тентным периодом около 45 мс. Хотя ВП на звук в темен-
ной коре выявляется несколько раньше (к 5-му дню) и с мень-
шим скрытым периодом, в височной области раньше регистри-
руются позитивно-негативные ответы. Однако к 2-недельному
возрасту ВП на звук как в теменной, так и в височной облас-
тях имеют близкие временные характеристики. В процессе даль-
нейшего развития латентные периоды ВП на звук в височной
коре становятся меньше, чем таковые в теменной области
(рис. 4.8).
Таким образом, выявляется следующая закономерность в ди-
намике созревания афферентных проекций в коре больших по-
лушарий: у новорожденных животных афферентные системы име-
ют локальное представительство в коре, по-видимому, за счет
незначительного числа связей, с недельного возраста регистри-
116
руются хорошо выраженные генерализованные ВП на все при-
меняемые раздражители как в сенсомоторной, так и в теменной
областях коры. Вероятно, этим обеспечивается взаимодействие
афферентных систем в коре уже на ранних этапах онтогенеза.
К 3-недельному возрасту наблюдается постепенное сужение зон
корковых проекций афферентных систем, что, по-видимому, объяс-
няется включением тормозных механизмов, о формировании кото-
рых к этому периоду свидетельствуют и морфологические дан-
ные. Этот этап развития можно связать с моментом формиро-
вания тормозных координационных механизмов, что обеспечивает
тонкую дифференциацию и специализацию сенсорных и ассо-
циативных полей коры.
Представляет интерес ге-
терохрония созревания сома- А _ Б у>\
тических проекций в сенсо-
моторную зону коры у котят.
ВП котят 4 — 10-дневного
возраста в зоне коры, кото-
рая у взрослых относится
к проекции контралатераль-
ной передней конечности, ха-
рактеризуется медленным не-
гативным отклонением. Их
латентные периоды составля-
ли 44,5± 13,2 и 60,5±9,8 мс
на раздражение контр- и ип-
силатеральных передних ко-
нечностей соответственно, а
на раздражение морды —
34±8,5 мс. Стимуляция же
задних конечностей вызыва-
ла едва заметные ВП, кото-
рые проявлялись лишь на 7-й
день жизни при значитель-
ном накоплении на ЭВМ и
облегчались при использова-
нии хлоралозового наркоза.
Рис. 4.8. Усредненные вызванные потенциа-
лы в височной* (Л) н затылочной (£) об-
ластях коры иа звуковую и световую сти-
муляции соответственно у котят разного
возраста (по Шихгасановой).
Цифры указывают возраст животных в днях. Калнб
розка; 50 мкВ и 50 мс-
У котят более старшего
возраста (21—30 дней) про-
исходит укорочение латент-
ного периода ВП на разд-
ражение всех участков кож-
ной поверхности. Причем отмечена тенденция к укорочению ла-
тентностей ВП на стимуляцию ипси- и контралатеральных зад-
них конечностей в зонах коры, соответствующих у взрослых
проекции задней лапы. Здесь ВП приобретают дефинитивную
позитивно-негативную конфигурацию и высокую стабильность.
В то же время более длиннолатентные ВП на стимуляцию задних
117
конечностей регистрируются также от зоны сенсомоторной коры,
соответствующей у взрослых проекции передних конечностей.
И наконец, у взрослых животных завершается процесс сомато
топической организации в сенсомоторной коре и исчезают ВП на
стимуляцию ипсилатеральных конечностей. Однако это не сопро-
вождается элиминированием проводящих путей, ибо при исполь-
зовании даже у взрослых особей хлоралозовой анестезии су-
щественно расширяется конвергенция соматических субмодаль
ностей в одни и те же районы коры.
Скорее всего, суммарные корковые ВП отражают в основ-
ном наиболее общие черты таламо-кортикальной организации
соматической сенсорной системы, динамика созревания которой
на ранних стадиях онтогенеза, вероятно, определяется соответст-
вующей генетической матрицей. В то же время более тонкая
специализация соматических входов к отдельным нейронам или
нейронным модулям формируется за счет интракортикальных
механизмов, и прежде всего за счет координирующей роли тормо-
жения.
В сравнении с афферентными входами в кору ее главные эффе-
рентные пути и прежде всего пирамидный тракт завершают свое
окончательное созревание значительно позже, что однако не меша-
ет ему участвовать в выполнении ряда простых форм двигатель-
ных координаций. X. Паттон и В. Амассиан (1960) на взрослых
животных описали ответы в пирамидах продолговатого мозга,
вызванные прямой стимуляцией сенсомоторной коры. Эти ответы
состояли из D и J волн. Д. Пурпура (1964) изучил у котят
развитие этих волн в связи с динамикой миелинизации, а сле-
довательно, и диаметра волокон пирамидного тракта. Он пока-
зал, что к моменту рождения D волна регистрируется с ла-
тентным периодом 20—40 мс, что соответствует скорости про-
ведения 0,8—1,5 м/с. Постепенно, к 4—5 месяцам латентный
период сокращается до 0,7—0,9 мс.
7-волна впервые регистрируется к 25-му дню жизни и характе-
ризуется признаками взрослого животного к 4—5 месяцам. Ско-
рость проведения по пирамидному тракту увеличивается медленно
за первую неделю, затем быстро за следующие 4—5 недель и вновь
медленно за следующие 8—10 недель жизни.
К моменту рождения все волокна пирамидного тракта не-
миелинизированы и меньше, чем 2 мкм в диаметре. У некото-
рых волокон миелин впервые появляется к 10—16-му дню, но
диаметр аксонов еще не превышает 2 мкм. Увеличение миели-
низации отмечается к 4-й неделе, но лишь 4% волокон имеют
диаметр 4—6 мкм. Увеличение диаметра аксонов длится до
14 й недели жизни. Однако активные синаптические контакты
устанавливаются до того, как начнется процесс миелинизации, ибо
движение конечностей в ответ на стимуляцию сенсомоторной коры
может возникать в самый ранний период постнатального онто-
генеза. Так как нейроны пирамидного тракта относятся по класси-
118
фикацни A. Toy (1-975) к Л4 нейронам с широкими рецептивными
полями и мультисенсорной конвергенцией, естественно думать,
что эти нейроны, как филогенетически наиболее древние, ока-
зываются сформированными в первую же неделю после рождения.
В средней супрасильвиевой извилине (теменное поле 7) поли-
модальные клетки были найдены спустя 8 дней после рождения.
Антидромные спайки от отдельных нейронов пирамидного трак-
та удается зарегистрировать у новорожденных котят с латентным
периодом 30—70 мс, что характеризует наличие длинноаксонных
клеток в этом возрастном периоде. Скорость проведения по ак-
сонам увеличивается по ходу их миелинизации. Тем не менее ор
тодромные эффекты активации пирамидных волокон обнаружи-
ваются уже к моменту рождения.
Рис. 4.9. Сравнение нейронных ответов, регистрируемых внеклеточно (А, В)
н внутриклеточно (Б, Г) на одно и то же раздражение у 13-дневного котенка
(по Ленкову и Васильевой).
В и Г • раздражение контралатеральной; Л и Б ипсилатеральной задней конечности. Калиб-
ровка- ( мВ для (/!. В) и 5 мВ для (Б, Г); калибровка для вызванных потенциалов- 50 мкВ и
50 мс.
Типичной формой экстраклеточного ответа у котят первых
дней жизни является разряд единичным потенциалом действия,
который характеризуется нестабильностью и возникает при меж-
стимульном интервале не менее 30 сек. При одновременной регист-
рации поверхностного суммарного ВП в нейронных разрядах
видно (рис. 4.9), что последние отстают от начальных ком-
понентов ВП на большую величину (60—70 мс), которая посте-
пенно сокращается с возрастом. Такие результаты находятся
в согласии с положением о неимпульсной природе ВП и не
исключают возможности участия проводящих кортико-петальных
путей в генезе начальных волн ВП, а также указывают на
очень медленное и асинхронное протекание постсинаптических
потенциалов. Об этом свидетельствует также некоторая задерж-
ка средних значений латентностей ВПСП в сравнении с ран
ними компонентами ВП.
119
Ранние ПСП нейронов сенсомоторной коры характеризуются
затяжным временным течением (17—25 мс). Между 2-й и 3-й
неделями жизни наблюдается укорочение времени нарастания
ВПСП и приближение этой характеристики к аналогичной у взрос-
лых животных. В основе этого лежит повышение синхронизации
и синаптической активности, связанное с уменьшением латентных
периодов ВПСП.
Временное течение ТПСП в нейронах сенсомоторной коры
у молодых животных оказалось весьма затянутым (200—500 мс),
что может быть связано, по крайней мере, с двумя факторами:
несинхронным характером активации тормозных интернейронов
вследствие дисперсии скоростей проведения и несовершенством
динамических характеристик тормозных синапсов. Не отмеча-
ется какого-либо преобладания выраженности ТПСП по сравне-
нию с возбудительными реакциями у котят первых дней жиз-
ни. Наиболее типичной формой ответа была последовательность
ВПСП—ТПСП. У ряда нейронов были зарегистрированы ВПСП,
не осложненные отчетливой фазой гиперполяризации. Первичные
же ТПСП в этом возрасте наблюдались крайне редко на нейро-
нах с признаками повреждения.
Вне- и внутриклеточная регистрация нейронных ответов в коре
котят подтвердила факт широкой гетеровалентной конвергенции
соматических входов к одному и тому же нейрону (рис. 4.10).
У более взрослых животных не происходит анатомической
редукции восходящих ипсилатеральных реакций, оказавшихся
функционально избыточными, а образуется специальная тормоз-
ная система, обеспечивающая доминирование контралатеральных
входов и маскировку ипсилатеральных. Вероятно, в организа-
ции соматотопии сенсорных корковых проекций участвуют не
только тормозные механизмы интракортикальной природы, но
и подкорковых уровней. Об этом, в частности, может свидетельст-
вовать относительная стабильность соматических рецептивных
полей у взрослых животных и их существенное расширение
после разрушения медиальных лемнисков. Показано, что дву-
сторонняя коагуляция медиальных лемнисков на уровне их входа
в вентробазальный таламус вызывает перестройки нейрональ-
ной активности сенсомоторной коры: исчезают коротколатентные
ответы нейронов с локальными контралатеральными афферент-
ными входами и раскрываются ипсилатеральные соматические
проекции. Последнее может свидетельствовать о том, что срочные
специфические лемнисковые влияния в норме приводят к тор-
можению экстралемнисковых входов, обеспечивая их селективную
фильтрацию. Последнее, в частности, может достигаться интра-
кортикальной тормозной системой, созревающей в постнатальном
онтогенезе. Как было показано, корзинчатоподобные звездчатые
клетки в сенсомоторной коре котят впервые удается обнаружить
в 12—13-дневном возрасте. Поэтому длительная следовая гипер-
поляризация, характерная для незрелых корковых нейронов моло-
120
дых животных, еще не может свидетельствовать о развитии
внутрикортикальных процессов активного торможения, а лишь
отражает (как и по характеру ВПСП) несовершенство свойств
электрогенной мембраны. А значит проводить аналогии и срав-
нения между ТПСП активной природы у взрослых животных
и следовой гиперполяризацией у животных раннего возраста
надо с большой осторожностью.
Со специальной целью проверить
такое предположение проведено
исследование прямого воздействия
на мембрану коркового нейрона ко-
тят синаптических медиаторов и их
антагонистов. Подведение веществ
осуществлялось электрофоретически
через многоканальный микроэлект-
род. Установлена высокая чувстви-
тельность нейронов к ГАМК и глу-
тамату уже в первые дни постна-
тального развития (рис. 4.11). Глу-
тамат неизменно оказывал сильное
возбуждающее действие, причем не-
редко при весьма умеренных пара-
метрах аппликации развивался депо-
ляризационный блок импульсной ак-
тивности, что свидетельствует о зна-
чительных различиях в свойствах
электрогенной мембраны взрослых
животных и котят. Другие различия
состояли в том, что под влиянием глу-
тамата резко сократились периоды
Рис. 4.10. Постсинаптические ответы нейрона
сенсомоторной коры 11-дневного котенка на
стимуляцию подошв всех конечностей (по Лен-
кову и Васильевой). -
Д, 5—стимуляция передней н задней контралатераль-
ных лап, В. Г — передней н задней ипсилатеральных лап.
На верхних лучах в каждой паре записей — ЭКоГ (пози-
тивность — вниз), на нижних лучах — микроэлектрофорез-
ная регистрация. Калнброэкэ- 5 мВ для микроэлектродных
записей м 50 мкВ для макроэлектродных, время — 100 мс.
ответных импульсных реакций нейронов и появилась их способ-
ность к стабильному воспроизведению частот электрокожной
стимуляции (межстимульные интервалы сократились с 30 до 5 с).
ГАМК весьма эффективно блокировала как фоновую, так
и вызванную активность нейронов. Под действием же анта-
гониста ГАМК — пикротоксина наблюдалось значительное рас-
ширение рецептивных полей нейронов на электрокожную сти-
муляцию. Даже у 55-дневных котят обнаружено расширение
рецептивного поля практически на всю поверхность тела, в том
числе и на ипсилатеральную сторону. Таким образом, эффект
оказывается значительно более выраженным, чем у взрослых
121
животных. Очевидно, тормозные системы, формирующие рецеп-
тивные поля нейронных модулей и подавляющие ипсилатеральные
соматические проекции в сенсомоторную кору, даже к 1,5-ме-
сячному возрасту все еще недостаточно сформированы.
Пикротоксин (ЭОнА) Б
и мп
а Норма
После инъекции
п=12
В
После инъекции
имп
-5
J-
Рис. 4.11. Влияние микроэлектрофоретической аппликации биологически актив-
ных веществ на активность коркового нейрона котят (по Васильевой и Алек-
сандрову).
4 — действие ГАМК н глутамата на фоновую активность нейрона Коры 6-дневного котенка, Б н В —
действие пикротоксина на вызванную активность нейрона коры 44-дневного котенка. 5— случай,
когда нейрон до аппликации реагировав на гетеровалентную стимуляцию; В — случай с нейроном,
который в контроле был нереактивным
В скобках указан ток фореза в нА, стрелками указаны моменты начала и конца действия
фореза. Бин гистограммы, сверху - 200 мс, снизу — I0U мс.
На Б и В: по осн ординат — число импульсов, по оси абсцисс - время в мс.
Стимуляции: а — передней контралатеральной; б передней ипсилатеральной, в — задней контра-
латеральном; г — задней ипсилатеральной конечностей в области подушечек пальцев.
5
4.6. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Как следует из вышесказанного, к моменту рождения скелет
корковых нейронных модулей по своим основным структурным
элементам — пирамидным клеткам оказывается уже сформиро-
ванным. Далее происходит процесс консолидации элементов бла-
годаря ветвлению их дендритов, формированию дендритных пуч-
122
ков, росту аксонов и формированию аксонных пучков. В сос-
тав корковых модулей включаются звездчатые клетки. К 2-недель-
ному возрасту появляются корзинчатые тормозные интернейро-
ны, обеспечивающие межмодульное взаимодействие, увеличива-
ется число дефинитивных возбуждающих и тормозящих синап-
сов. Наличие незначительного числа зрелых таламических аффе-
рентов, вступающих в кору из различных ядер таламуса, обеспе-
чивает поступление импульсного залпа при стимуляции ядер
таламуса или раздражении кожной поверхности. Регистрируемый
с поверхности коры вызванный потенциал может отражать сум-
марную пресинаптическую активность немиелинизированных ак-
сонных терминалей. К этому моменту клеточные постсинаптические
элементы и их электрогенная мембрана (за редким исключением)
оказываются еще не созревшими. Бурные структурно-функци-
ональные преобразования в неокортексе связаны с расширением
объема поступающей к нему таламической афферентации.
Первой созревает наиболее биологически важная рефлектор-
ная система, обеспечивающая координированное управление дви-
жениями передних конечностей и лицевой мускулатурой при
осуществлении реакций сосания. Это соответствует правилу сис-
темогенеза, согласно которому имеет место гетерохронность в соз-
ревании различных рефлекторных актов в зависимости от их
биологической значимости. Затем наблюдается бурный рост свя-
зей как в самой коре, так и с ядрами таламуса и других
отделов мозга. Каждый нейронный модуль становится потен-
циально полифункциональной единицей, способной принимать
сигнализацию от различных отделов мозга и от разных рецеп-
торных зон. Наконец, формирующаяся параллельно, но с неко-
торым запаздыванием внутрикорковая тормозная система спо-
собствует не только специализации корковых модулей в смысле
ограничения к ним потока афферентной импульсации, но и уста-
навливает между ними сложные координационные взаимоотно-
шения. Последние обеспечивают тонкую организацию их эффе-
рентного выхода, и корковый нейронный модуль вступает в ка-
честве элемента в констелляцию других модулей. Образуется
рабочая динамическая система модулей, обеспечивающих управ-
ление целостным поведенческим актом. Весь этот этап постна-
тального созревания неокортекса проходит под влиянием процес-
сов обучения, в динамике которого формируются определенные
поведенческие навыки и соответствующие им сложные внутримоз-
говые системы. В формировании таких систем коре головного
мозга отводится определяющая роль.
Глава 5
СЕНСОМОТОРНАЯ ИНТЕГРАЦИЯ
В КОРЕ ГОЛОВНОГО МОЗГА
5.1. СЕНСОМОТОРНОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ
В КОРЕ ГОЛОВНОГО МОЗГА
Многолетняя история изучения функций неокортекса состояла
в детальном описании цитоархитектонических различий отдель-
ных корковых формаций с попыткой объяснить их разной функ-
цией неокортикальных полей для высших форм мозговой деятель-
ности. Основным аргументом такого взгляда на мозг были раз-
личные клинические наблюдения и эксперименты на лаборатор-
ных животных с локальными поражениями тех или иных от-
делов коры больших полушарий. Такие наивные анатомо-пси-
хологические корреляции привели к созданию своеобразной топо-
графической карты коры больших полушарий, причем наиболее
крайнюю позицию заняли френологи, пытавшиеся локализовать
психические функции в ограниченных районах неокортекса.
Современные нейроморфология и нейрофизиология отвергают
такие воззрения и постулируют тезис о том, что морфологичес-
кие различия отдельных корковых областей сами по себе не
представляются существенными для понимания их функций. При-
надлежность корковой области к той или иной мозговой систе-
ме может быть выяснена на основе точных сведений о ее проек-
ционных афферентных и эфферентных связях с другими струк-
турами мозга.
Например, О. Крейцфельд (1978 г.) отмечает общие струк-
турные особенности для всех районов коры, а именно: наличие
таламо-кортикальных проекций, топографическая организация
афферентных входов, связь отдельных корковых нейронов с ог-
раниченным числом афферентных входов, широкое распределение
внутрикорковых связей, распределение по глубине выходных ней-
ронов, реципрокные двусторонние связи между каждым корковым
полем и его таламическими проекционными ядрами, афферент-
но-эфферентная организация комиссуральных и ассоциативных
волокон.
В функциональном отношении следует отметить следующие
особенности коры: слабо развитая конвергенция возбуждающих
специфических афферентов к дендритам пирамидных клеток; пер-
134
f вичное возбуждающее действие таламо-корковых афферентов;
преимущественное, если не исключительное, тормозящее действие
системы внутрикорковых волокон; фазический характер ответов
корковых нейронов; способность корковых нейронов отвечать
на изменения стимулов в пространстве и времени; наличие мо-
дульной структуры неокортекса; адаптивность как основа для
фиксации памятных следов.
Если принять вышеприведенные аргументы, то можно согла-
ситься с О. Крейцфельдом, что нет фундаментальных различий
между корковыми областями и что вся кора может рассмат-
риваться как кооперативная сеть, в которой отдельные элемен-
ты могут взаимодействовать друг с другом через торможение.
И эта кооперативная сеть есть лишь одно из звеньев переклю-
чения импульсации из таламуса и других афферентных струк-
' тур мозга на эффекторы. При этом ввиду сильно развитых
механизмов внутрикоркового торможения кора может рассмат-
риваться как нелинейный фильтр пространственно-временных ха-
рактеристик стимула, имеющий обратную связь к ее афферент-
ным структурам и выходы к различным корковым, подкорко-
вым и периферическим исполнительным элементам. Следователь-
но, нет никаких оснований считать, что в коре всецело осуществ-
ляются такие процессы, как опознание, принятие решения, про-
граммирование и пр., а поэтому нельзя рассматривать кору
мозга как вместилище высших функций мозга, которые однако
не могут выполняться в отсутствие коры головного мозга.
В этом плане корковый нейронный модуль можно рассмат-
ривать как элементарную единицу коры, в которой осуществля-
। ются процессы сенсомоторной интеграции, т. е. переключение
афферентных входов на выходные корковые нейроны. Более об-
ширные объединения модулей могут выступать в качестве внутри-
коркового фильтра поступающей сигнализации и структурной
основы для формирования координированного эфферентного вы-
хода (проекционного, каллозального, ассоциативного).
В этой связи может представлять определенный интерес кон-
цепция В. Брайтенберга о корковом скелете, образованном вы-
ходными пирамидными нейронами, являющимися специфичными
только для коры и представленными во всех ее областях. При
этом им подчеркивается наличие апикальных и базальных денд-
ритов, длинных аксонов и коротких аксонных коллатералей у пи-
рамидных клеток. Обширные системы связей образованы апи-
кальными дендритами и аксонами (рис. 5.1, Д), уходящими
в белое вещество и возвращающимися на некотором удалении
в кору в район плексиморфного слоя, локальные связи обра-
зованы базальными дендритами и аксонными коллатералями (Б).
' В соответствии с принципом модульной организации коры можно
было бы сказать, что система Б обеспечивает интеграцию пира-
мидных клеток одного модуля, а система А — взаимодействие
модулей между собой в пределах сложной дистрибутивной систе-
Для анализа механизмов корковой сенсомоторной интеграции
важна оценка информативных характеристик афферентаций, пос-
тупающих к корковым модулям, их дальнейших преобразова-
ний в пределах коры и способности вовлекать в эфферентную
активность пирамидные нейроны.
Как было показано в главе 2, конечным результатом конвер-
генции разномодальных афферентных влияний к корковым ней-
ронным модулям является интеграция этих влияний на сомоденд-
ритной мембране нейронов и формирование синхронного эффе-
рентного импульсного залпа.
Рис. 5,1. «Скелет» коры, построенный на пирамидных нейронах и их отростках
(по Брайтенбергу).
/— общая схема; 2—применительно к моторному корковому выходу, 3 - применительно к сен-
сорному входу. Система Л — апикальные дендриты и длинные волокна ио белому веществу с их
разветвлением в поверхностном слое коры. Система Б — базальные дендриты и коллатерали аксонов
Подчеркивая универсальный характер закона конвергенции
в центральной нервной системе, А. А. Ухтомский писал, что
статическая (анатомическая) конвергенция сенсорных входов слу-
жит базой деятельности высоколабильных систем мозга. Ставя
на одно из первых мест соотношение временного и пространст-
венного факторов (хронотоп), он писал, что в клетках общего
пути может длительно поддерживаться и накапливаться мест-
ное стационарное возбуждение под влиянием вновь приходя-
щих импульсов. Это состояние обеспечивается как циркуляцией
импульсов по таламо-кортикальным путям, так и внутрикорко-
выми механизмами координации. При наличии ряда условий
она может перейти в стойкий процесс, обеспечивающий подго-
товку возбуждения и разряд импульсов в общий путь. Эту же
мысль в дальнейшем высказывал А. Фессар, который писал
126
о наличии у мультисенсорных нейронов непрерывной импульс-
ной активности, создаваемой в результате беспорядочной бомбар-
дировки гетерогенными афферентными импульсами. Взаимодейст-
вие между конвергирующими сигналами на нейроне связано
с длительным задерживанием следов активности, т. е. возмож-
ностью возникновения новых пластических преобразований, среди
которых наряду с комбинацией синаптических входов разной
«эргичности» определенное значение могут иметь такие процессы,
как тоническая и посттетаническая потенциация. А отсюда «кон-
вергенция, спонтанные ритмические разряды и потенциация обра-
зуют некую общую цепь динамических процессов, связывающих
интеграцию в пространстве (обусловленную конвергенцией) с ин-
теграцией во времени (обусловленную постепенным нарастанием
облегчения на окончаниях аксонов)» (А. Фессар).
Следовательно, при рассмотрении типов и форм разномодаль-
ного взаимодействия на нейронах мы должны иметь в виду та-
кое чрезвычайно важное свойство нервных сетей, как способ-
ность к организации динамического характера конвергенции.
Морфологические предпосылки для конвергирования на одном
нейроне разнообразных влияний позволяют считать правомочным
представление о вероятностно-статистическом принципе организа-
ции внутримозговых связей. Таким образом, наряду 'с существо-
ванием системы жестких (олигосинаптических) связей, обеспечи-
вающих четкий адресат и высокую скорость проведения инфор-
мации, существует система лабильных полисинаптических сетей,
связи между компонентами которых могут носить функциональ-
ный, временный характер.
5.2. ДИНАМИЧЕСКАЯ КОНВЕРГЕНЦИЯ
ТЕЛЕЦЕПТИВНЫХ ВЛИЯНИЙ В КОРЕ ГОЛОВНОГО МОЗГА
Одной из существенных особенностей электрических ответов
сенсомоторной коры на телецептивные стимулы является их при-
выкание, которое представляет собой уменьшение величины реак-
ции или ее исчезновение по мере ритмического повторения оди-
наковых по физическим параметрам стимулов. Развитие привы-
кания (габитуация) зависит от частоты предъявления сигна-
лов, уровня их интенсивности, степени значимости и пр. Незна-
чительные изменения амплитудных, временных, пространствен-
ных или смысловых свойств действующих стимулов приводит
к восстановлению реакции (дегабитуация).
Привыкание обычно рассматривают как простую форму нега-
тивного научения. Уменьшение реакции на повторное действие
стимула возникает тогда, когда система сохранила, запечатлела
в памяти информацию о предшествующих стимулах. Поэтому
привыкание расценивают как свидетельство потери стимулом сво-
ей информативности, сигнальной значимости для организма и
превращение его в некий общий «шум».
127
Мы не будем касаться этого феномена в специфических сен-
сорных системах и лишь заметим, что чем выше изучаемый
уровень системы, тем ярче выражено явление привыкания регист-
рируемых в них реакций. Вновь обратимся к сенсомоторной
коре, в которой привыкание наиболее характерно для мульти-
сенсорных нейронов. Специальными опытами под хлоралозовым
наркозом было установлено: одновременно с ВП в сенсомоторной
коре на световые и звуковые стимулы регистрировались
электромиографические сдвиги в мышцах контралатеральной зад-
ней конечности. Оказалось, что возникновение ВП в коре корре-
лирует с появлением мышечного ответа, латентные периоды и амп-
литуда обоих феноменов находилась в линейной зависимости.
Кроме того, опыты показали, что мышечный ответ зависит от
модальности стимуляции, а при ритмическом раздражении раз-
вивается привыкание как корковых ВП, так и сенсорно вы-
званных мышечных ответов. Однако если привыкание ВП
носит экспоненциальный характер, то электромиографичес-
кие сдвиги после депрессии ВП до определенной ампли-
туды исчезают внезапно. Пауза в стимуляции или экстренное
изменение стимула восстанавливает как корковую, так и мы-
шечную реакции. Следовательно, поведение обоих — централь-
ного и периферического — ответов подчиняется основным зако-
номерностям ориентировочного рефлекса, и динамика его при-
выкания может отражать процесс формирования «нервной модели
стимула» в функциональной системе ориентировочного рефлекса.
В сенсомоторной коре описана группа нейронов с низкой фоно-
вой активностью, которые характеризовались при ритмической
стимуляции постепенным уменьшением количества спайков в каж-
дой реакции и их дальнейшим исчезновением. Однако измене-
ние характера стимуляции (пропуск очередного стимула в серии,
сдвиги его интенсивности, присоединение к предыдущему сти-
мула другой модальности или вычитание из гетеромодального
комплекса стимула одного из компонентов) сопровождалось не-
медленным восстановлением ранее угашенной реакции того же
нейрона (дегабитуация). Последнее было характерным при регист-
рации активности клеток, расположенных в глубоких слоях коры
(V-—VI) и, как правило, имеющих низкий уровень фоновой ак-
тивности.
Для нейронов верхних слоев коры и фоновоактивных (частота
0,4—3,7 имп/с) описан другой тип реакции на ту же ритми-
ческую стимуляцию. Для этих клеток в начале обнаруживает-
ся явление усвоения ритма, затем по мере стимуляции раз-
ряды нейронов начинают возникать за несколько десятков мил-
лисекунд раньше нанесения очередного стимула серии, т. е. внеш-
не наблюдается феномен упреждения реакции, а данные клетки
могут быть отнесены к категории экстраполирующих нейронов.
128
Механизмы привыкания в нервной системе позвоночных, а тем
более в коре головного мозга млекопитающих остаются мало-
изученными. Возможно, что большую роль играют постактива-
ционные изменения мембранного потенциала и синаптической
эффективности. Некоторые авторы считают, что изменение ак-
тивности нейронов зависит от их взаимодействия по вертикали.
Основываясь на данных о зависимости активности пирамид
от состояния окружающих их интернейронов и о реципрокное -
ти вставочных и пирамидных нейронов, можно думать, что уп-
реждающий разряд фоново-активных нейронов приводит к тормо-
жению крупных пирамид глубоких слоев и депрессии сенсорно
вызванных мышечных ответов.
При внеклеточной регистрации потенциалов действия нейрона
в ответ на сенсорное раздражение мы практически имеем дело
с эфферентной активностью .нейрона и не видим всех тех синапти-
ческих процессов, которые предшествуют потенциалу действия.
Иными словами, внеклеточно регистрируемый спайк представляет
собой результирующую тех процессов синаптической активации
нейрона, которые можно видеть только при внутриклеточной
регистрации.
Рис. 5.2. Осциллограммы ответов нейрона пирамидного тракта при ритмическом
моно- (световая вспышка — А) и бимодальном (световая вспышкаэлектро-
удар в кожу — Б) раздражениях.
Частота стимуляции 1/с. Интервалы между осциллограммами 4 (1 — 5} — 2с, ДЗ н Ы — 1 с.
(I—3) — 4 с. Калибровочный толчок тока вверх перед артефактом стимуляции: 10 мВ, время J00 мс
Видно, что на фоне габнтуации ПСЦ. на мономодальный стимул присоединение к нему стимула
другой модальности вызывает дсгабитуацнк) ПСП. Очередная габнтуация ПСП на комплексную стиму-
ляцию достигается через более длительное время.
Механизмы привыкания постсинаптических ответов корковых
нейронов изучаются и при внутриклеточной регистрации. При-
выкание ПСП мультисенсорных нейронов при частоте стимуля-
ции 1/с выражалось в снижении амплитуды ВПСП и умень-
шении количества импульсов в групповом разряде вплоть до его
полного исчезновения (рис. 5.2, Д). При экстренном синхрон-
ном добавлении гетеромодального стимула к тому, на который
развилось привыкание ответов, снова возникала полноценная
реакция нейрона, которая при продолжающемся предъявлении
5—1187 129
теперь уже бимодальной стимуляции также могла подвергаться
привыканию (рис. 5.2, Б). Оптимальной для развития привы-
кания оказалась длительность межстимульных интервалов, рав-
ная 900—1000 мс. При этом наряду с наиболее очевидной формой
привыкания, выражающейся в редукции амплитуды ВПСП, наб-
людались случаи параллельного угасания возбуждающего и тор-
мозного компонентов двуфазного ответа нейрона (рис. 5.3).
ТПСП
А
ВПСП
, 20мс
Рис. 5.3. Габитуация постсинаптических потенциалов двух нейронов (А, Б)
при бимодальном повторном раздражении (световая вспышка и электрокожнын
удар) (по Пирогову и Ленкову).
/1 — ответы нейрона пирамидного тракта: S — отпеты неидентнфшшрованяого нейрона. Интервалы
между осциллограммами 4 с. Частота стимуляции I/с На осциллограммах .4 видно, что наряду
с ослаблением возбуждающего компонента ответа подавляется и последующий ТПСП. На осциллограм-
ме Б видно прогрессивное ослабление ВПСП.
Вышеописанные явления были обнаружены как для нейронов
пирамидного тракта, неидентифицированных эфферентных пи-
рамид, так и для интернейронов. Скорость привыкания на теле-
цептивную стимуляцию была выше, чем на специфическое со-
матическое раздражение. Последнее скорее всего обусловлено
различием в количестве последовательных синаптических компо-
нентов в составе конвергирующих в сенсомоторную кору ней-
ронных цепей. В качестве одного из возможных механизмов
привыкания можно рассматривать изменение функции пресинап-
сов и, в частности, уменьшение объема медиатора, выделяемого
при одиночном синаптическом акте в ходе повторной актива-
ции. В случае таких многоэтажных синаптических конструкций,
коими являются пути от рецепторов до нейронов коры, про-
цесс частотной депрессии может происходить последовательно
на нескольких звеньях, приводя в итоге к полному исчезно-
вению признаков постсинаптической активности на выходе цепи.
Не отрицая участия собственных механизмов внутрикортикаль-
ного торможения (см. главу 3), можно допустить, что привы-
кание представляет собой системную реакцию с вовлечением
в нее разных этажей головного мозга.
В этом также убеждают опыты с воздействием на адренэрги-
ческий компонент мезэнцефалической ретикулярной формации
прямой инъекции через хемотрод аминазина (хлорпромазин).
Прежде всего оказалось, что введение аминазина приводит
к сокращению циклов восстановления функциональных сдвигов
импульсных ответов нейронов на телецептивные раздражения.
130
Наряду с этим после введения аминазина исчезают феномены
привыкания. Дополнительные эксперименты позволили устано-
вить, что кортико-фугальный разряд по пирамидному тракту
обусловливает длительность цикла восстановления функциональ-
ных сдвигов для ответов сенсомоторной коры с помощью двух
механизмов: через возвратные коллатерали, заканчивающиеся
на уровне коры, и через коллатерали пирамидного тракта, закан-
чивающиеся на уровне среднего мозга. Введение аминазина бло-
кирует адренэргические системы ретикулярной формации, выклю-
чая тем самым звено передачи влияний пирамидного тракта
на другие структуры мозга. Такая активация фронто-ретику-
лярного звена может рассматриваться в качестве одного из
существенных факторов системного привыкания суммарных и ней-
рональных ответов сенсомоторной коры.
Самостоятельное значение имеет вопрос о селективном харак-
тере привыкания и соотношении феноменов габптуации и сен-
ситизации. При внеклеточном отведении от нейронов сенсомо-
торной коры изучались ответы на световую вспышку и электро-
кожное раздражение. Предварительно измерялась'величина ин-
тервала функциональных сдвигов при гетеросенсорной стимуля-
ции. После 2—5 мин непрерывной стимуляции с интервалом
1/с наблюдался эффект привыкания: уменьшение количества
импульсов в ответе вплоть до полного прекращения реакции.
Параллельно этому процессу нейрон приобретал способность отве-
чать на другие гетеромодальные стимулы (в данном случае
соматический), подаваемые с интервалом меньшим, чем цикл гете-
росенсорного блокирования — 300—800 мс (рис. 5.4).
Рис. 5.4. Гистограммы импульсной ответной
реакции нейрона сенсомоторной коры на гете-
ромодальную ритмическую стимуляцию (по
Пирогову и Орлову).
По осн абсцисс — время в мс. по осн ординат — коли-
чество спанков. Левая стрелка • момент световом вспыш-
ки, правая — элсктроксжного раздражения Каждая пари
гистограмм построена на 10 предъявлениях парных гетеро-
модальных стимулов, которые применялись через каждые
2 мин. В интервалах применялось лишь световое раздра-
жение с частотой 1/с
Видно, что в начале данной процедуры электрокожный
стимул, подаваемый в интервале функциональных сдвигов
после светового стимула, оказывается неэффективным. Од-
нако по мере ослабления ответной реакции нейрона на
световой стимул (привыкание) начинает появляться ответ
того же нейрона на элект рокожный стимул (фасилита-
ция). Последний достигает своей полной величины при
отсутствии ответа нейрона на световую вспышку
131
Непрерывное же предъявление пары гетеромодальных сти-
мулов (свет и электроудар в кожу с интервалом 100—300 мс)
препятствует развитию привыкания к световому раздражению
или появлению ответов у тех нейронов, которые ранее на него
не реагировали. Если привыкание ответов коркового нейрона
связать (по крайней мере частично) с депрессией не только
ВПСП, но и последующего ТПСП, становится понятным сокра-
щение периода невозбудимое™ после кондиционирующего сти-
мула и появление ответа на ранее неэффективный тестирующий
стимул. Поэтому в конечной стадии причиной феномена сенсити-
зации могут считаться также и кортикальные механизмы.
Рис. 5.5. Постстимульные гистограммы ответов ней-
рона сенсомоторной коры на электрокожиое (эк) и
световое (св) раздражения в процессе ритмической
стимуляции с частотой 1 имп/с (по Пирогову).
Сверху — гистограммы ответов нейрона на первые 10 предъяв-
лений светового н соматического раздражений; снизу — через
2 мин после начала стимуляции. Но осн абсцисс — время в мс
(0 — момент светового раздражения); по оси ординат — количест-
во спзйков за 25 мс.
Видно, что по мере парного гетеромодального раздражения
ответ на ранее не эффективный первый («условный») стимул
становится выраженным, тогда как ответ eia второй («безуслов-
ный») стимул подавляется. Условный сигнал адаптирует систему,
предупреждая с помощью следового блока нанесение электробо-
левого безусловного стимула
Привыканию к световому стимулу при непрерывном «подкреп-
лении» соматическим скорее всего может препятствовать сумма-
ция позднего разряда нейрона на соматический стимул с подпоро-
говым или спайковым ответом того же нейрона на световую вспыш-
ку. Такое предположение тем более правомочно, что наблюдалось
явление привыкания коротколатентных ответов на соматический
стимул и одновременное возникновение у того же нейрона поздних
ответов с латентным периодом 700—1600 мс. Некоторые авторы
приписывают такие поздние разряды ретикулярной активации,
другие относят их к категории экстралемнисковых. Но в лю-
бом случае следует признать очевидным, что вслед за нане-
сением одиночного стимула на рецепторную поверхность опре-
деленная категория корковых нейронов подвергается дисперсной
импульсной активации, в которой особое значение придают позд-
ним разрядам.
С учетом этого обстоятельства была создана нейронная мо-
дель «обусловливания» (рис. 5.5). Длительное сочетание с ин-
тервалом 120 мс условного (светового) и безусловного (сома-
тического) стимулов выявило в нейронах сенсомоторной коры
феномен, внешне напоминающий условный рефлекс: в итоге со-
четаний нейрон стал четко реагировать на индифферентный ра-
нее световой сигнал и перестал реагировать на безусловный
электрокожный стимул. Эти отношения оказались стойкими и сох-
ранялись десятками минут.
По-видимому, мы имеем дело с системными процессами взаимо-
133
действия сенсорных входов, и при этом поведение корковых
нейронов в ответ на гетеросенсорные ассоциации обусловлено
как собственно кортикальными механизмами, так и участием
глубоких структур мозга. Каждый из уровней мозга вносит свой
специфический вклад в системную организацию феноменов при-
выкания и сенситизации, что позволяет думать о дистрибутивном
характере данных пластических реакций мозга.
Из вышеизложенного следует преимущественная роль специ-
фического соматического входа в сенсомоторную кору, опреде-
ляющего реактивность ее элементов к телецептивным влияниям.
С целью исследования роли соматического входа для консолида-
ции элементов сенсомоторной коры было проведено двусторон-
нее разрушение медиальной петли ниже уровня ее входа в вент-
робазальный комплекс таламуса. Анализ нейрональной активнос-
ти показал полное выпадение коротколатентных ответов лемниско-
вого типа на соматическую стимуляцию и значительное уве-
личение количества и вероятности реагирования нейронов на
телецептивные раздражения.
Следовательно, выключение лемнисковых влияний облегчает
реализацию на корковых элементах экстралемнисковых, в том
числе и телецептивных элементов. Более того, такая операция
приводит к перестройке внутрикорковых взаимоотношений, в ре-
зультате чего увеличивается число фоновоактивных и реактивных
нейронов в глубоких слоях коры.
Реактивность нейронов извращается настолько, что в зоне
проекции передней контралатеральной конечности начинают пре-
обладать реакции на раздражение ипсилатеральной передней
конечности и контралатеральной задней конечности, хотя извест-
но, что у кошек в сенсомоторной коре представлены преиму-
щественно дистальные сегменты передних и в меньшей степени
задних конечностей. Приведенные данные свидетельствуют о на-
личии потенциальной возможности для конвергенции к одному ней-
рону гетеросоматических полей, влияние которых в норме, вероят-
нее всего, тормозится мощной лемнисковой активацией. Отклю-
чение этого координирующего фактора приводит к сложным
внутрикортикальным перестройкам в системе крупных функцио-
нальных объединений нейронных модулей.
5.3. ОТРАЖЕНИЕ ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННЫХ
ПАРАМЕТРОВ СВЕТОВЫХ СИГНАЛОВ
В СЕНСОМОТОРНОЙ КОРЕ
Как отмечалось выше, одним из принципиальных моментов
в исследовании механизмов конвергенции и сенсомоторной ин-
теграции в коре головного мозга является вопрос о том, какова
информативная значимость афферентных влияний, которые посту-
пают в кору. Одним из возможных путей такого исследования
является изучение особенностей отражения в электрических реак-
6—1187
133
циях коры физических параметров сенсорных стимулов. Так, иссле-
дование зрительных рецептивных полей (РП) нейронов сенсо-
моторной коры выявило, что неподвижные стимулы вызывают
одно- и двуспайковый разряд. Форма РП этих нейронов — эллипс
или ромб. Самый малый его размер 10X9 угловых градусов,
самый большой 100 X 110 угловых градусов. Однако большинство
нейронов отвечают на движущиеся стимулы, а часть из них
обнаруживает чувствительность к направлению их движения, хотя
последняя применительно к ориентации стимулов была незна-
чительной. Медленные движения были неэффективны, увеличение
же скорости до 30—50° в секунду приводило к появлению ответа,
который достигал максимальной величины при скорости движения
50—100° в секунду. Ответ характеризовался пачечным разрядом.
Из-за быстрого угнетения ответов при повторной стимуляции
трудно было установить тормозное окружение. Монокулярная
и бинокулярная стимуляция вызывала однотипные ответы, боль-
шинство нейронов были полимодальными.
Ответы на движущиеся и стационарные стимулы встречаются
как у пирамидных, так и у непирамидных нейронов. Нейроны,
чувствительные к движению, находятся в одном треке и имеют
сходные РП. У непирамидных клеток описаны ограниченные
прямоугольные РП. У пирамидных нейронов наблюдаются как
ограниченные, так и широкие РП.
По сравнению со зрительной корой ориентационная чувстви-
тельность нейронов сенсомоторной коры выражена хуже. Умень-
шение ответов начиналось после отклонения стимула от оптималь-
ной ориентации более чем на 30°. При изучении взаимодейст-
вия зрительного и соматического входов обнаружено, что корко-
вые проекции дистальных отделов конечностей не имеют па-
раллельных зрительных входов. В отличие от этого афферент-
ные пути от проксимальных отделов конечностей заканчиваются
на клетках, имеющих зрительный вход. Таким образом, особен-
ность РП нейронов сенсомоторной коры заключается в их обшир-
ности по сравнению с РП нейронов зрительной коры.
Вопрос об отражении параметров зрительного сигнала на
нейронах сенсомоторной коры решался также применительно к его
временным характеристикам. Предварительно было выяснено, что
параметр интенсивности светового стимула отражается в нейрон-
ных реакциях в целом сходно с ответами на соматические, спе-
цифические раздражения. Однако стабильный уровень скрытого
периода и вероятности ответов нейронов на соматические сти-
мулы достигался при интенсивности равной 3—5 пороговым
единицам, а на световую стимуляцию — при интенсивности в 10 —
15 пороговых единиц. Такие модально специфичные проекции
(70% нейронов) в сенсомоторную кору опосредуются независимо
афферентными входами — низкопороговым коротколатентным и
высокопороговым длиннолатентным. Для 30% изученных ней-
ронов реакции на разномодальные стимулы по их выраженности
134
и зависимости от интенсивности стимулов не отличались. Такие
модально неспецифичные клетки отражают процессы зрительно-
соматической интеграции на докорковых уровнях мозга.
Основное внимание обращалось на временные параметры ста-
ционарного стимула при одновременной регистрации ответов ней-
ронов от затылочной и сенсомоторной коры. При сравнитель-
ном анализе нейронных реакций и величин интервалов функ-
циональных сдвигов было установлено: первое — количество ней-
ронов3 генерирующих on — off ответы, составляет в зрительной
коре 25%, а в сенсомоторной — 100%; второе — величины ин-
тервалов функциональных сдвигов совпадают с временным ин-
тервалом оп — off разрядов; третье — наряду с единым времен-
ным диапазоном (200—500 мс) для каждой исследуемой области
существуют специфические оптимальные диапазоны, для зритель-
ной — 0—200 мс, для СМК — 500—1000 мс и четвертое — скры-
тый период разряда последействия равен величине интервалов
функциональных сдвигов (рис. 5.6).
Рис. 5.6. Гистограмма распределения
нейронов сенсомоторной и затылочной
областей коры по величинам интерва-
лов функциональных сдвигов (по Ба-
туеву и Демьяненко).
На схеме указаны пункты расположения мнкро-
электродных треков, п — количество исследован-
ных нейронов.
Видно, что в сенсомоторной коре полностью
отсутствуют нейроны с величиной интервала функ-
циональных сдвигов меньше 0,2 с. Однако макси-
мумы распределения нейронов с величинами ин-
тервала невозбудимостн от 0,2 до 0,3 с для обеих
корковых областей совпадают
0 200 400 000 800 №00 мс
По-видимому, оценка кратких интервалов действия зрительных
сигналов — специфическое свойство зрительной сенсорной сис-
темы. При более длительных световых сигналах (от 200 до
500 мс) вовлекается кроме затылочной и сенсомоторная кора,
что может свидетельствовать о наличии единой системы, ак-
тивирующей обе корковые зоны. Вероятнее всего основой такой
системы является наружное коленчатое тело, а единый времен-
ной режим, характерный для этой системы, совпадает с величиной
критической экспозиции зрительного образа (250—300 мс), при
которой он достоверно различается животным.
Внутриклеточные исследования показали, что в механизмах
описания длительности светового сигнала участвуют процессы
внутрикортикального торможения, а именно: длительность цикла
восстановления функциональных сдвигов и особенности генерации
off-реакции определяются развитием продолжительных ТПСП
в регистрируемых нейронах сенсомоторной коры (рис. 5.7).
135
Таким образом, нейроны сенсомоторной коры получают аффе-
рентный зрительный вход, по которому передается импульсация,
связанная не столько с описанием формы зрительных сигна-
лов (широкие РП), сколько с оценкой их временных парамет-
ров и скорости перемещения в пространстве. Последнее вновь
подчеркивает связь сенсомоторной коры с механизмами ориенти-
ровочного рефлекса.
5.4. отражение пространственных признаков
ЗВУКОВЫХ СИГНАЛОВ в нейронных реакциях
сенсомоторной коры
Еще И. П. Павлов указывал, что с помощью ориентировоч-
ной реакции «организмом устанавливаются соответствующие
воспринимающие поверхности для наилучшего на них отпечат-
ка внешнего раздражения». Это обеспечивается за счет распо-
ложения источников телецептивных сигналов по средней линии
Рис. 5.7. On — off реакция и интервал функциональных сдвигов нейрона сен-
сомоторной коры на световое раздражение (по Демьяненко и Пирогову).
Л — зависимость ПСП нейрона от длительности стимула (обозначен чертой); Б— ПСП нейрона
при парной стимуляции вспышками (обозначены точками). Длительность непрерывною светового
стимула, или интервал между парными вспышками, указан цифрами в мс Калибровочный толчок
тока совпадает с артефактом стимуляции и равен 10 мВ, время — 100 мс.
Видно, что интервал функциональных сдвигов нейрона и соответственно момент возникновения
оД-реакции определяется продолжительностью течения ТПСП после оп-ответа.
головы при соответствующих движениях глаз, головы, ушей,
туловища. При размещении источника звуков по средней линии
головы наблюдается наибольшее пространственное разрешение.
В этом случае система, способная обеспечить точность выпол-
нения ориентировочной двигательной реакции, должна достаточно
136
избирательно реагировать на расположение источника акусти-
ческих сигналов около средней линии головы:
Для выяснения этого обстоятельства было проведено специаль-
ное исследование на сенсомоторной коре кошки. При изучении
зависимости характеристик реакций нейронов от локализацион-
ных параметров дихотически предъявляемых звуковых сигналов
было обнаружено, что бинауральное раздражение являлось более
эффективным, чем любое из монауральных. Несмотря на асим-
метрию реакций у каждого из нейронов при ипси- и контрала-
теральных раздражениях, в целом преимущества одного из мо-
науральных влияний выявить не удалось. По-видимому, это
свойство лежит в основе избирательного характера реагирова-
ния относительно местоположения звукового образа. Это предпо-
ложение исследовалось по отношению к таким локализационным
параметрам дихотически предъявляемых звуковых стимулов, как
интерауральная разница по интенсивности или по времени.
Рис. 5.8. Распределение нейронов сенсомоторной коры согласно значениям инте-
рауральиых различий стимуляции по времени (At, мкс) и интенсивности
(А/, дБ), при которых наблюдалась максимальная выраженность реакций (по
Куликову и Бехтереву).
0—0 средняя линия головы. Видгго, что максимальная выраженность реакций большинства
нейронов наблюдалась при максимальных величинах ннтерауральных различий, т. е. вблизи сред-
ней линии головы.
Было показано, что при литерализации источника звуковых
сигналов наибольшая выраженность реакций присуща нейронам
при небольших интерауральных сдвигах, т. е. при расположении
источника звука около средней линии головы (рис. 5.8). Наи-
большее число импульсов в реакции возникает при отсутствии
интерауральной разницы по интенсивности. Наименьшие зна-
чения латентных периодов были характерны в случаях неболь-
137
шого уменьшения уровня сигнала с ипсилатеральной стороны.
Ни один из нейронов не проявил максимальной выраженности
реакций при сдвиге звукового образа в ипсилатеральную сторону.
Сходная закономерность была обнаружена и при варьиро-
вании интерауральных различий по времени. Так, максималь-
ное изменение реакции наблюдалось при отсутствии интераураль-
ных различий во времени или сдвигах, обусловливающих незна-
чительное смещение звукового образа в контралатеральную об-
ласть. Наибольшая выраженность была характерна для од-
новременно подаваемых сигналов, т. е. при отсутствии ин-
терауральной разницы по времени (Д/ = 0). Обращала на
себя внимание и большая выраженность реакций при малых
временных задержках при контралатеральном смещении звука по
сравнению с ипсилатеральным. При этом ни один из нейро-
нов не проявил максимальных изменений активности при опе-
режении ипсилатерального стимула относительно контралате-
рального.
Суммированные данные показывают, что у 67—88% ней-
ронов наибольшая выраженность реакции характерна для не-
больших интерауральных сдвигов, т. е. при расположении источ-
ника звука около средней линии.
Рнс. 5.9. Распределение нейронов сенсо-
моторной коры кошки на направленные
движения звукового образа (по Кули-
кову и Бехтереву).
Показано распределение нейронов согласно на-
правлениям движения звука, при которых наблю
далась максимальная выраженность реакций.
Наибольшее число нейронов реагируют при дви
женин звука от периферии к центру, совпадаю
щему со средней линией головы.
Большинство нейронов сенсомоторной коры реагируют также
на движение звукового образа. В качестве сигналов, имитирую-
щих направление движения звукового источника в горизонталь-
ной плоскости, использовались дихотически предъявляемые серии
щелчков (длительность серии 2 с, частота следования щелчков
10—15 в 1 с). Между первыми щелчками в сериях, предъяв-
ляемых раздельно на правое и левое ухо, создавалась задержка,
которая по мере ритмического повторения щелчков сначала линей-
но уменьшалась, достигая к концу первой половины действия серии
минимального значения. Затем во второй половине действия серии
задержка от нуля постепенно увеличивалась и к концу дости-
гала исходной величины. Таким образом происходило модели-
138
рование движения звука от одного уха к средней линии голо-
вы и обратно (рис. 5.9).
У большинства исследованных нейронов удалось выявить из-
менение активности при «движении» звука по сравнению с фо-
ном и контрольными измерениями. У части клеток реакция прояв-
лялась при движении звука от ипсилатеральной стороны к «цент-
ру», а у других нейронов наоборот. Выделение центра нейроном об-
наружено по уменьшению или увеличению числа импульсов в
ответе при прохождении звукового образа через центр.
Все нейроны, чувствительные к движению звука (74%), про-
явили максимальное изменение фоновой активности при
Д/ = 120 мкс. Последнее позволяет думать об избирательном
характере реагирования на прохождение звукового образа не в
самых удаленных от средней линии участках и при этом не
с самыми большими скоростями. Есть основание считать, что
реакции нейронов обусловлены не только достижением звукового
образа определенного положения в пространстве, но и связаны
со скоростью движения образа, наиболее оптимальная вели-
чина которой для большинства нейронов колебалась от 6
до 48°/с.
Вышесказанное позволяет предположить, что нейроны сенсо-
моторной коры преимущественно реагируют на движение звуко-
вого образа в контралатеральную (по отношению к исследуе-
мому полушарию) сторону или при прохождении средней линии.
Избирательность реагирования нейронов на расположение или
движение звуковых сигналов около средней линии головы может
обусловливать участие сенсомоторной коры в обеспечении точ-
ности двигательной ориентировочной реакции на звук. Иными
словами, среднемозговые механизмы запуска ориентировочной
реакции поворота глаз, ушей и головы в сторону латерали-
зованного источника звука характеризуются командами из сенсо-
моторной коры, обеспечивающими установку головы в положении
для наилучшего восприятия сигнала.
5.5. ОТРАЖЕНИЕ ЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК
ЗВУКОВЫХ СИГНАЛОВ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ РЕАКЦИЯХ
СЕНСОМОТОРНОЙ КОРЫ
Известно, что нейроны сенсомоторной коры кошек отвечают
по-разному на свист и щелчок, причем нейроны пирамидного
тракта отвечают на щелчки с коротким латентным периодом.
Однако оставалось неясным, связаны ли эти различия с фи-
зическими параметрами стимулов или с их разной значимостью
для животных. Для изучения особенностей суммарных ответов
и реакций отдельных нейронов при использовании акустических
стимулов с известными частотными параметрами были проведены
острые опыты под хлоралозовой анестезией и последующим
обездвиживанием. В качестве стимулов использовались тональ-
139
ные посылки с разной частотой заполнения. Вызванный потен-
циал, возникающий при надпороговой стимуляции, состоял из
позитивно-негативного комплекса, перед которым регистрирова-
лась низкоамплитудная позитивная фаза. Латентный период пер-
вой позитивной фазы равнялся 8—12 мс, а второй основной —
18—35 мс.
Пороги ВП у наркотизированных животных оказались высо-
кими (60—90 дБ). При изучении зависимостей порогов ВП от
частоты заполнения тональной посылки было выявлено наличие
двух частотных областей (1,6—2 и 3,2—3,6 кГц) с их неболь-
шими колебаниями. У этих животных определяли зависимость
порогов, амплитуды и вероятности появления ВП в разных участ-
ках сенсомоторной коры от частоты заполнения тональной посыл-
ки. При регистрации ВП от разных пунктов передней и зад-
ней сигмовидных извилин кривые зависимости порогов и вероят-
ности ВП имели сходный характер. В отношении же зависи-
мости амплитуды ВП от частоты заполнения наблюдали дру-
гую картину. Амплитуды ВП, зарегистрированых от средней час-
ти сигмовидной извилины вблизи от круциатной борозды,' т. е.
в зоне проекции контралатеральной передней лапы, как пра-
вило, по абсолютной величине имели большее значение в срав-
нении с другими участками сенсомоторной коры.
При надпороговых величинах стимула равной интенсивности
ВП одной и той же точки сенсомоторной коры имели раз-
ные значения амплитуды и вероятности при различных часто-
тах заполнения. Необходимость разделения амплитудных и вероят-
ностных характеристик ВП связана с дискретным характером их
проявления. Если кривая зависимости вероятности от частоты
имеет достоверные максимумы на частотах 1,6 и 3,2 кГц, то кри-
вая, зависимости амплитуды от частоты имеет достоверные мак-
симумы на 0,8; 1,6; 3,2 кГц. Латентный период ВП имел наимень-
шее среднее значение (23 мс) на частоте 3,2 кГц. Не сле-
дует думать, что наличие максимумов на этих трех частотах
наблюдалось во всех опытах так же, как на усредненной кривой.
Максимальные значения как вероятности, так и амплитуды ВП
могли проявляться как на одной или двух из этих частот, так
и вблизи их. Следовательно, усредненная кривая отражает наи-
большую вероятность нахождения максимумов на этих частотах.
В опытах под хлоралозовым наркозом изучали зависимость
характеристик нейронов сенсомоторной коры от частоты запол-
нения тональной посылки при пороговых и надпороговых уров-
нях стимуляции.
Для определения областей нейронов определяли зависимость
порогов их реакций от частоты тонального стимула. За порог
реакции принимали вероятность ответов, равную 0,2. Определя-
лись области ответов и значений характеристической частоты,
т. е. частоты, на которой наблюдались наименьшие пороги реак-
ций.
140
У большинства нейронов выявлена одна характеристическая
частота, причем области ответов иногда определяли 2—3 раза
с интервалом в 2 ч и существенных различий в кривых не
обнаружили. Пороги реакций отдельных нейронов оказались высо-
кими и располагались в области от 60 до 90 дБ.
Обнаружено появление широких областей ответов даже при
небольшом повышении силы стимула над порогом на характе-
ристической частоте. Количественную оценку ширины областей
ответов определяли с помощью коэффициента Q (т. е. отно-
шения значения характеристической частоты к полосе частот при
10 дБ над порогом характеристической частоты). У большинства
клеток коэффициент не превышал 2.
При надпороговой интенсивности латентные периоды ответов
в области характеристической частоты (10—20 дБ над порогом)
располагались в диапазоне 10—70 мс (для половины клеток
20—30 мс). У части нейронов изучалась зависимость харак
теристик их реакций от частоты тональных стимулов при над-
пороговых уровнях (10—20 дБ над порогом), равных по аб-
солютному значению. Наиболее характерным при этом являлось
изменение вероятности появления реакций, т. е. на вполне опре-
деленных для каждого нейрона частотах наблюдалась макси-
мальная вероятность появления их реакций. Причем отмечалось
совпадение частот, на которых пороги имели наименьшую ве
личину, а вероятность появления ответа была наибольшей. Раз-
личие в значениях частот не превышало 0,2 кГц. Почти у по-
ловины нейронов кривые зависимости вероятности реакций от
частоты имели также дополнительные максимумы на частотах,
не являющихся характеристическими. На частотах с максималь-
ной вероятностью появления реакции латентные периоды ответов
имели наименьшие значения.
Гистограмма распределения нейронов согласно их характе-
ристическим частотам имеет достоверные максимумы на частот-
ных полосах 1,4—1,8 кГц и 3,4—3,8 кГц (рис. 5.10). При этом
все нейроны с характеристическими частотами ниже 1,8 кГц рас-
положены в диапазоне 0,6—1,0 кГц (центральная частота
0,8 кГц). Гистограмма распределения нейронов согласно зна-
чениям частот с максимумами вероятности реагирования имеет
достоверные максимумы на частотах 0,8; 1,6 и 3,2 кГц. Зна-
чения коэффициента Q на частотных полосах 1,6—2,0 и 3,2—
3,6 кГц в среднем в 2—3 раза ниже по сравнению с таковыми
для рядом расположенных частот.
Совпадение частотной избирательности сенсомоторной коры по
показателям суммарных ВП и реакций отдельных нейронов сви-
детельствует о том, что максимумы амплитуды ВП при сти-
муляции тональными посылками с установленными выше часто-
тами заполнения связаны с вовлечением в реакцию наиболь-
шего количества нервных элементов.
141
Результаты опытов с использованием такого специфического
наркотика, как а-хлоралоза, всегда оставляют сомнения в пра-
вомерности переноса выводов на бодрствующих животных. Поэто-
му в опытах на бодрствующих кошках с хронически вживлен-
ными электродами была изучена зависимость амплитуды усред-
ненных вызванных потенциалов от частоты заполнения тональ-
ных сигналов. Постоянство параметров стимулов достигалось
фиксацией головы животного.
Рис. 5.10. Распределение характеристических частот нейронов (А, Б) при пороговой
стимуляции и максимумов вероятности проявления их реакций (В и Г) при
надпороговой стимуляции в исследованном частотном диапазоне (по Куликову
и Футеру).
Гистограммы распределений Б и Г построены по данным, представленным на Л и В соответст-
венно. Видно, что наибольшее число нейронов и с наибольшей вероятностью реагируют при за-
полнении тональных посылок частотами 0,8; 1,6 и 3,2 кГи.
ВП сенсомоторной коры на тональные сигналы состояли из
сложного волнового комплекса с латентным периодом 20—50 мс.
ВП при надпороговых стимулах равной интенсивности, но раз-
личной частоты характеризовались неодинаковой амплитудой.
На рис. 5.11 представлено семейство кривых зависимости ампли-
туды ВП от частоты заполнения тональных посылок интенсив-
ностью 40 дБ. Индивидуальные кривые имеют пики максималь-
ного значения амплитуд на определенных частотах. Каждая кри-
вая получена на одном животном по результатам 3—4 опы-
тов. Амплитуда представлена в нормированном виде, за 100%
принимали амплитуду первых двух фаз в сумме при частоте
сигнала 1,6 кГц. Усредненная кривая имеет достоверные мак-
142
симумы на частотах 0,8; 1,6 и 2,0—3,0 кГц. ВП на частотах,
при которых наблюдалось максимальное значение амплитуды,
можно было обнаружить при уровне интенсивности стимула в об-
ласти 0—10 дБ.
Рис. 5.11. Зависимость амплитуды усредненного вызванного потенциала сен-
сомоторной коры от частоты заполнения тональной посылки (по Батуеву н др.).
Объяснение в тексте.
Таким образом, общим для бодрствующих животных и кошек,
находящихся под наркозом, являлось избирательное реагирова-
ние нервных элементов сенсомоторной коры на частотах запол-
нения тональных посылок от 0,8; 1,6 и около 3,0 кГц. Наличие
максимума на частоте 2 кГц отличает усредненную кривую, по-
лученную на бодрствующей кошке, от таковых, полученных на
наркотизированных животных. Это связано с тем, что у од-
ной из обследованных кошек (самке) амплитуда УВП на часто-
те 2 кГц составляла в нормированном виде около 280%.
Для дальнейшей аргументации положения об избирательном
реагировании животных на определенные признаки звуковых сиг-
налов проведены дополнительные опыты с параллельной ре-
гистрацией ВП и электрокардиограммы. На основании подсчета
среднего числа ударов сердца в течение 10 с после подачи
звукового сигнала строили кривую зависимости средней частоты
сердечного ритма от частоты заполнения тональной посылки.
В начале опыта частота сердечных сокращений резко изменя-
лась в сравнении с фоном, который регистрировали непосредст-
143
венно перед опытом, независимо от частоты заполнения тональ-
ных посылок. В дальнейшем наблюдалось плавное изменение
ритма сердечных сокращений. При этом в областях частот, на
которых регистрировали УВП наибольшей амплитуды, наблюдали
и наиболее выраженные сдвиги сердечного ритма.
Известно, что частоты 0,8 и 1,6 кГц являются энергетически
выраженными (формантными) в ряде специфических для кошек
акустических сигналов. Естественно было предположить, что изби-
рательный характер реагирования нервных элементов сенсомотор-
ной коры связан с отражением в их электрических реакциях
биологически значимых признаков звуковых сигналов. Однако,
учитывая малочисленность и разрозненность такого рода сведе-
ний, было необходимо провести анализ акустических сигналов,
излучаемых кошками в естественных условиях их обитания. Иссле-
дования показали, что при всей сложности такого описания
динамического спектра акустических сигналов кошек наиболее
типичной является комбинация частотных составляющих вблизи
0,8; 1,6 и 3,2 кГц. В сигналах обычного назначения могут при-
сутствовать и быть выраженными в разной степени только неко-
торые из этих частотных компонентов, значения формантных
частот могут быть близки, но не равны им. Однако в целом
эти частоты проявляются наиболее регулярно и, возможно, явля-
ются элементами «алфавита» внутривидовой акустической сигна-
лизации у кошек. Исходя из положения об определяющей роли
характеристик динамического спектра в звуковом общении высших
позвоночных, вывод о биологической значимости этих частот-
ных составляющих представляется правомерным.
Данные по регистрации УВП у бодрствующих кошек и селек-
тивной настройке самок на сигналы с частотой 2 кГц целе-
сообразно сопоставить со сведениями о спектральном анализе
акустических сигналов у котят разного возраста. Исследования
свидетельствуют о том, что у непрозревших котят до 10-днев-
ного возраста неонатального периода развития наиболее часто
и с наибольшей амплитудой в их сигналах встречалась час-
тота 2 кГц. Крики слепых котят с четко выраженной частот-
ной составляющей в 2 кГц, подаваемые непрерывно при нахож-
дении вне гнезда, вызывают как у матери этих котят, так и у дру-
гих самок стабильное поведение материнского ухаживания. В сиг-
налах более взрослых котят частота около 2 кГц выражена
в меньшей степени, для них типичными составляющими становят-
ся частоты 1,6 и 3,2 кГц. При предъявлении лактирующим
самкам сигналов с этими частотами материнского беспокойства
не наблюдается. Таким образом, частоты около 2 кГц определяют
значение «сигнала покинутого» у котят. Значит, частотная селек-
тивность сенсомоторной коры взрослых кошек определяется не
только степенью видоспецифичности воспринимающих коммуника-
тивных биологических сигналов, но, вероятно, и текущим моти-
вационным состоянием животного.
144
Для прямого выявления роли доминирующей мотивации на
кошках-самках в условиях хронического эксперимента исследова-
лась зависимость амплитуды ВП сенсомоторной и теменной облас-
тей коры от частоты заполнения тональных посылок в норме
в течение 2-месячного периода беременности и 1-го месяца после
рождения котят (рис. 5.12). До наступления беременности кривые
зависимости имели обычную форму. Максимальная выражен-
ность ВП как в сенсомоторной, так и в теменной областях
коры проявлялась при частотах заполнения 0,8 и 1,4—1,6 кГц.
После рождения котят в сенсомоторной коре у кошек наблю-
дается возрастание относительных значений амплитуды ВП в диа-
пазоне средних и высоких частот, в целом соответствующее
спектральным составляющим писков детенышей 1-го месяца жиз-
ни. Наибольшие изменения ВП у кошки выявились на часто-
тах 1,4; 2,0 кГц. В теменной области коры статистически зна-
чимых изменений обнаружено не было. Однако, как в сенсомотор-
ной, так и в теменной областях коры на втором месяце бере-
менности наблюдалось возрастание амплитуды ВП по сравне-
нию с предшествующим периодом в широком диапазоне частот.
Эти данные указывают на возможность перестройки избиратель-
ного характера реагирования нервных элементов сенсомоторной
области коры в соответствии с доминирующей мотивацией, в осо-
бенности после рождения детенышей.
Рис, 5.12. Зависимость амплитуды усредненного вызванного потенциала (УВП)
сенсомоторной (Л, 5) н теменной (В, Г) областей коры от частоты запол-
нения тональной посылки.
Амплитуда УВП- I - в норме; 2 — в течение 3 недель после родов; 3 — в первый месяц бере-
менности, 4 — во второй месяц беременности. Кривые отражают средние значения опытов (п — число
опытов)
Остальное объяснение в тексте.
Сходный характер кривых зависимостей амплитуды ВП от
частоты заполнения тональных посылок сенсомоторной и темен-
ной коры, по-видимому, свидетельствует об участии также и под-
корковых образований в выделении определенных частотных диа-
пазонов.
145
В связи с этим возникает вопрос: насколько акустический
сигнал с его избирательным реагированием в сенсомоторной
коре является структурно закрепленным с первых же этапов
постнатального онтогенеза. Иными словами, принципиальным яв-
ляется вопрос о врожденном или приобретенном характере этого
свойства. Для этой цели на котятах в возрасте от 14 до 71-го
дня жизни под нембуталовой анестезией регистрировались ВП
от сенсомоторной коры и для сравнения — от слуховой зоны
и заднего двухолмия. У котят первого месяца жизни зависимости
амплитуды ВП в сенсомоторной коре от частоты заполнения
тональной посылки выявить не удалось, амплитуда ВП монотон-
но возрастала по мере увеличения частоты сигнала.
В заднем двухолмии максимальное значение амплитуды пика
проявляется на частотах вблизи 1,6 кГц; на более высоких
частотах наблюдался спад амплитуды и ее последующее воз-
растание.
Известно, что развитие кортиева органа происходит неодно-
временно в разных частях улитки. Это обусловливает появление
в постнатальном периоде ВП в образованиях слуховой системы
вначале на узкий частотный диапазон, и только затем происхо-
дит его расширение в сторону низких и высоких частот.
Гетерохронность развития слуховой системы обеспечивает приспо-
собление родившегося животного к экологическим факторам внеш-
ней среды.
Развитие периферического отдела слуховой системы, как-из-
вестно, заканчивается к двухнедельному возрасту. Происходит
снижение порогов, сужение частотных областей реакций нейро-
нов, уменьшение латентных периодов. Однако сохраняется опере-
жающее развитие в пределах слуховой системы определенного
частотного диапазона от 0,8 до 2,0 кГц. При этом следует
заметить, что согласно спектральным характеристикам видоспе-
цифических сигналов кошек все энергетически наиболее выражен-
ные частоты в разных сигналах располагаются в пределах от
0,6 до 2,0 кГц.
Данный частотный диапазон оказался несколько более эф-
фективным и для сенсомоторной коры, хотя избирательного харак-
тера реагирования относительно определенных частот (0,8; 1,6;
3,2 кГц), свойственного взрослым животным, у котят первых
1,5 месяцев жизни выявить не ^далось. Данный акустический
вход в сенсомоторную кору формируется в более старшем воз-
расте, после 2 месяцев постнатального развития. Приведенные
данные пока не могут дать ответа на вопрос о роли обуче-
ния молодых животных в возникновении свойства избиратель-
ного реагирования сенсомоторной коры. В связи с тем, что вы-
шеуказанные частотные полосы являются, как было показано
выше, формантными в составе биоакустических сигналов взрос-
лых кошек, важно было установить специфику реагирования
отдельных нейронов на эти сигналы. С этой целью животному
146
предъявлялись не монотональные посылки, а натуральные сигна-
лы кошек (видоспецифические вокализации — ВВ).
Способность нейронов реагировать на ВВ связана с обшир-
ностью частотных областей ответов, что обнаружилось при тести-
ровании ответов нейронов на монотональные сигналы. Сущест-
венных отличий в эффективности действия различных ВВ не
выявилось. Однако наибольшее число нейронов реагировало на
самую широкополосную ВВ — «шипение» (рис. 5.13).
В пределах одного коркового модуля (в одной вертикаль-
ной проходке) отмечались различия и сходство в характере
отражения ВВ и величине частотных областей нейронов. В не-
которых случаях все нейроны реагировали одинаково (рис. 5.13),
однако встречались примеры отчетливых различий. Нейроны В и Г
зарегистрированы в одном треке, видна четкая реакция нейро-
на В на такие низкочастотные ВВ, как рычание и вой, и отсутствие
таковой на те же ВВ у нейрона Г.
Таким образом, ВВ кошки получают четкое отражение в реак-
циях нейронов сенсомоторной коры, что свидетельствует о низ-
кой частотной избирательности этих нейронов и расположении
частотных областей ответов в диапазоне, совпадающем с энер-
гетически выраженными спектральными составляющими ВВ. Эти
свойства не присущи слуховой таламо-кортикальной системе.
Способность нейронов сенсомоторной коры кошки реагировать
на различные ВВ свидетельствует о малой вероятности наличия
у них детекторных свойств и согласуется с предположением
о том, что избирательное отражение различных ВВ может обуслов-
ливаться совокупной активностью многих нейронов.
Вопрос о внутрикорковых механизмах селекции акустической
сигнализации в сенсомоторную кору мог быть решен с примене-
нием либо внутриклеточной регистрации, либо приемов микро-
электрофореза в сочетании с внеклеточной регистрацией потен-
циалов действия нейронов. При использовании второго подхода
в качестве воздействующего агента был избран пикротоксин —
известный антагонист ГАМК-эргических тормозных процессов.
В главе 3 вопрос о пикротоксине рассматривался специально
применительно к соматическим рецептивным полям нейронов сен-
сомоторной коры. Было установлено, что снятие с его помощью
ГАМК-эргического торможения сопровождается расширением
рецептивного поля корковых клеток.
В случаях же акустической стимуляции обнаружено досто-
верное изменение реакций нейронов сенсомоторной коры. Оно
заключалось либо в возникновении реакций ранее молчащих
нейронов, либо в усилении реакций на звуковые щелчки и то-
нальные посылки, либо в усилении реакций в сочетании с транс-
формацией частотных областей ответов. Как правило, максималь-
ное возрастание реакций нейронов наблюдалось на границах
частотных областей их ответов, выраженность изменений имела
несимметричный характер (рис. 5.14). У ряда нейронов изучили
147
влияние аппликации пикротоксина на реакции нейронов сенсомо-
торной коры в ответ на предъявление видоспецифических вокали-
заций (рис. 5.14, Г), У всех нейронов обнаружены трансформации
частотных областей ответов. Так, один из нейронов (рис. 5,14,
Г-б) усилил реакцию на один из сигналов («песню») и начал реа-
гировать на другой («рычание»). Существенно, что наибольшие
изменения реакций нейронов проявлялись в околопороговой
зоне.
4 2
20 ~
10 -
4
20 г
Б -
10 -
20 -
В -
10 -
20
Г
10
2,Or
Д -
7,0-
Мяуканье Г Мурлыканье
Песня”
Вой
r-tdAuLiii ilbAiiukj ILdUildL JLiJUiikiifl
k U-Шг- fUfrV t
Г I i I I I I I I I I I 1 I I I । । -
Г
Рис. 5.13. Реакции нейронов сенсомоторной коры при предъявлении
А. Б, В к Г—лернстимульные гистограммы реакций четырех нейронов при предъявлении раз-
Д — спектрограммы и осциллограммы предъявляемых вндослецифическнх вокализаций Л — Г и Д даны
Таким образом, участие внутрикорковых тормозных влияний
оказывается весьма существенным в организации акустического
входа к нейронам сенсомоторной коры. Очевидно, что пикро-
токсин не может равномерно воздействовать на все участки
исследуемого нейрона. И неодинаковый характер изменения пер-
148
вичных и вторичных реакций нейрона (рис. 5.14, А и Б) на
тональные посылки указывает на возможность существования
гетерохронией конвергенции к нему разнесенных в пространстве
входов от других нейронов с различными частотными облас-
тями ответов. Имея в виду динамический аспект каждой ВВ и сте-
пень выраженности в них формантных частот, можно говорить как
об исходном о принципе широкополосного приема, которым харак-
видоспецифических вокализаций (по Куликову и Клименко).
личных видосиеинфических вокализаций Ось ординат — количество импульсов (число накоплений 20)
в едином временном масштабе.
теризуется акустический вход в сенсомоторную кору кошек. Се-
лекция же определенного диапазона частот связана скорее всего
с доминирующим мотивационным состоянием, а следовательно
с той биологически существенной информацией, которую извле-
кает животное из данного акустического сигнала.
149
a
п 30 - 2D - 10 - Мяука tt нье Ж - 1 #мык. А 1 I 1 I_1J 1 1 ц । 1 весенняя песня Лй вой г - Сигш amah to 177 г tz „к ®И Крик Г Шапена отенка е Г Рычанш «ы
6
Рис 5.14. Влияние аппликации пикротоксина на характеристики реакций нейрона при предъявлении акустических и электро-
кожных стимулов (по Куликову).
Д И Б — зависимость среднего числа импульсов (ось ординат) первичной и вторичной реакции нейрона соответственно от частоты заполнения тональ-
ной посылки (ось абсцисс) Я неристиммльные гистограммы пеакцнй нейрона Цифрами указаны частоты заполнения тональных посылок. Горизонтальные
лимян м -точки - отметки действия стимулов. Число накоплений 20 Г - пернстимульныс гистограммы реакций нейрона при предъявлении видоелецнфичесмих
вокализаций. Число накоплений 20. Горизонтальная пунктирная линия — средний уровень спонтанной активности
и — норма, б после аппликации пикротоксина; я восстановление. Вертикальные линии на кривых — доверительные интервалы при уровне достоверное
ти 95%.
5.6. ОТРАЖЕНИЕ ПРОЦЕДУРЫ ОБУСЛОВЛИВАНИЯ
В ОТВЕТАХ СЕНСОМОТОРНОЙ КОРЫ
НА АКУСТИЧЕСКИЙ СИГНАЛ
Что же касается взрослых кошек, то специальные эксперимен-
ты отчетливо выявили значение фактора обусловливания. (Вы-
ше мы уже говорили о возможном значении доминирующей
мотивации в формировании частотной селективности сенсомотор-
ной коры.) В данных опытах исследовали изменения усреднен-
ных ВП сенсомоторной и слуховой коры при выработке условного
мигательного рефлекса, т. е. в процессе приобретения ранее
индифферентным стимулом определенного сигнального значения.
В качестве условного раздражителя была избрана тональная
посылка с частотой заполнения 1,4 кГц, которая исходно не
сопровождалась высокоамплитудными ВП в сенсомоторной коре.
Безусловное раздражение (струя воздуха в роговицу глаза)
отставлялось на 400 мс.
После 10 сочетаний в сенсомоторной коре возникал четкий
высокоамплитудный ВП с латентным периодом 10—20 мс. Кроме
того, в момент времени, соответствующий предъявлению безуслов-
ного стимула (в случае его экстренной отмены), регистриро-
вался и второй потенциал. Он состоял из нескольких быстрых
колебаний и позитивно-негативного комплекса с амплитудой
150—200 мкВ.
ВП на условный сигнал регистрировался стабильно. До мо-
мента закрепления условного рефлекса наблюдалось увеличение
ВП и последующее их снижение. Но даже на фоне стабиль-
ного условного рефлекса амплитуда ВП была выше, чем до
начала его выработки (рис. 5.15, X).
После образования условного рефлекса снова проводили изу-
чение зависимости амплитуды ВП от частоты заполнения тональ-
ной посылки, которые предъявлялись в случайном порядке. Было
показано, что на стимулы с частотами, близкими к 1,4 кГц,
регистрируются ВП большей амплитуды. Это влияние предшест-
вующего обусловливания со временем ослабевало, кривые зави-
симости ВП от частоты возвращались к своему первоначаль-
ному виду, характерному для необученного животного
(рис. 5.15, Б).
ВП, зарегистрированные в зоне AI слуховой области, при
выработке условного рефлекса не изменялись или их ампли-
туда имела тенденцию к снижению. Увеличение амплитуды ВП
сенсомоторной коры при выработке условного рефлекса обуслов-
лено, вероятно, вовлечением в реакцию ранее не реагировав-
ших нейронов и стойким повышением их возбудимости. Обра-
щает внимание факт максимальной выраженности ВП на пер-
вых стадиях проявления условнорефлекторных реакций, что поз-
воляет думать об особой роли сенсомоторной коры в процессах
формирования временных связей. Кроме того, известно, что после
152
удаления околокруциатной области коры у кошек страдает не
безусловный рефлекс мигания, а лишь нарушается возможность
формирования временной связи с телецептивным сигналом.
Рис. 5.15. Изменение амплитуды усредненного вызванного потенциала сенсо-
моторной коры на тональную посылку с частотой заполнения 1,4 кГц при выра-
ботке условного мигательного рефлекса у кошек.
4 — изменение амплитуды УВП относительно первоначального уровня (горизонтальная пунктирная
линия). Цифры у оригинальных записей соответствуют порядковым номерам опытов (я — иомер опыта).
Калибровка: 10 мкВ. Масштаб времени: слева — для случаев предъявления тональных посылок, справа —
для случаев предъявления щелчков и электрокожиых стимулов.
Б-• зависимость амплитуды УВП от частоты заполнения тональной посылки до (пунктирная
линия н оригинальные записи слева) н после (непрерывная линяя и оригинальные записи справа)
выработии условного рефлекса. Калибровка-. 10 мкВ и 50 мс.
На 4 видно резкое возрастание амплитуды ответа на условный тональный сигнал к момен-
ту закрепления условного рефлекса, но последующее снижение амплитуды ответа по мере даль-
нейшей стабилизации условного рефлекса На Б видно, что тональная посылка с частотой 1.4 кГц,
не эффективная ранее, после приобретения условнорефлекторного сигнального значения сопровож-
дается возникновением в сенсомоторной кС>ре высокоамплнтудного УВП. Однако при угашении услов-
ного рефлекса амплитуда УВП на данный стимул снижается до первоначальной величины.
Избирательный характер реагирования нервных элементов
сенсомоторной коры на стимулы, имеющие определенное сиг-
нальное значение, понятен, если учесть, что именно эта область
7—1187 153
связана с регуляцией кортикальных двигательных программ.
С другой стороны, важнейшее значение имеет конвергенция в сен-
сомоторную кору разномодальной импульсации. При оценке био-
логической значимости стимула конвергенция обеспечивает поли-
функциональность одного и того же сигнала, т. е. зависимость
его смысла от ситуации, в которой он возникает. Тогда его
значимость будет определяться на основе совокупности пока-
заний и от других сенсорных систем. Учитывая, что значимость
акустических стимулов в каждый момент времени зависит от до-
минирующей мотивации, представляется существенным наличие
связи сенсомоторной коры с образованиями лимбической системы.
В специальных опытах было показано, что разрушение минда-
левидного комплекса извращает описанную выше зависимость
амплитуды ВП сенсомоторной коры от частоты заполнения то-
нальных стимулов. Помимо этого следует иметь в виду тес-
ные связи структур слуховой системы с сенсомоторной корой.
Есть основания полагать, что выход слухового пути на фрон-
тальные отделы коры осуществляется с таламического уровня
(VPL/VL).
Итак, для акустического входа в сенсомоторную кору характер-
ны, с одной стороны, достаточно грубая избирательность реаги-
рования на определенные частотные диапазоны, с другой — доста-
точно тонкая настройка отдельных корковых элементов на весьма
узкий частотный спектр акустических сигналов. На основе дан-
ных глав 1 и 2 логично предположить, что первый феномен опре-
деляется субкортикальными аппаратами, тогда как второй, фено-
мен обострения настройки, скорее всего является следствием
участия механизмов внутрикортикального торможения. С учас-
тием последних, вероятно, осуществляется также и срочная пе-
рестройка избирательности реагирования на другие частоты, зна-
чимость которых задается текущей мотивацией и механизмами
памяти. Учитывая более раннее формирование неспецифических
входов в кору по сравнению со специфическими, можно пред-
положить, что широкополосный вход определяется неспецифи-
ческими системами (по крайней мере, несенсорными системами)
мозга, а операция вытормаживания частотных областей — спе-
цифическими образованиями слуховой сенсорной системы. Это
согласуется с данными о большей широкополосности частотных
областей нейронов неспецифических образований мозга и о более
высоких значениях их порогов.
5.7. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Представленные в данной главе сведения о поступлении в сен-
сомоторную кору афферентной импульсации от телецептивных сен-
сорных систем, несущей информацию о сигнальной значимости
соответствующих стимулов, позволяют предположить участие
сенсомоторной коры в организации целостной сенсорной функции
мозга. Сегодня с убедительностью доказано, что классические
154
сенсорные системы со всей сложностью их церебральных конст-
рукций не способны обеспечить функцию опознания сигналов, что
они осуществляют сложную функцию описания сигналов, выпол-
няя операции кодирования. Последние развертываются в много-
канальной сенсорной системе от рецепторов вплоть до высших
уровней ее центральной организации и в значительной мере
облегчаются наличием набора детекторов.
Операция опознания сигнала, т. е, отнесение его к опре-
деленному классу сигналов, записанному в аппаратах памяти,
требует дополнительного участия внесенсорных структур мозга,
к которым и относится обсуждаемая нами сенсомоторная кора.
Именно в этих структурах мозга происходит оценка «новизны»
и биологической значимости сигнала в соответствии с доминирую-
щей мотивацией и сигналами всей окружающей обстановки и
прошлым жизненным опытом, т. е. сигнал оценивается как ин-
тегрированное целое, несущее значимую информацию для ос-
новной деятельности организма, иначе: выполняется операция
декодирования.
Особо отметим, что, no-видимому, некоторые из этих опера-
ций связаны прежде всего с теми аппаратами мозга, которые
участвуют в формировании целенаправленных двигательных ак-
тов. Последнее лежит в основе принципа «согласования дви-
жений с чувствованием», выдвинутого еще И. М. Сеченовым.
Определение значимости сенсорных сигналов в нейрофизиоло-
гическом толковании есть установление взаимодействия нервных
элементов сенсорных и моторных систем мозга (сенсомоторная
интеграция). Одним из субстратов такого взаимодействия на
кортикальном уровне является сенсомоторная кора, куда по раз-
личным путям конвергирует гетеросенсорная информация о сиг-
нальной значимости окружающих раздражений и где в резуль-
тате интеграции этих влияний на нейронных элементах форми-
руются разнонаправленные эфферентные команды к другим струк-
турам мозга.
В деятельности сенсомоторной коры можно выделить единый
системный принцип, который заключается в том, что жесткие
структурно организованные нейронные модули, обладая распреде-
ленными выходами, могут включаться в различные функциональ-
ные объединения для выполнения целевых движений. Причем
лемнисковая соматическая сигнализация и мотивационные влия-
ния являются теми факторами, которые фильтруют поступление
сигнально значимой телецептивной информации к кортикальным
нейронным объединениям и определяют точные топографические
отношения кортикальных моторных выходов.
Глава 6
КОРТИКАЛЬНЫЕ МЕХАНИЗМЫ
ОБУЧЕНИЯ И ПАМЯТИ
6.1. УЧЕНИЕ А. А. УХТОМСКОГО
О ПРИНЦИПЕ ДОМИНАНТЫ
Представление о доминанте, как известно, начало склады-
ваться у Ухтомского под влиянием фактов, полученных в экспе-
риментах при раздражении коры больших полушарий мозга.
Последующие исследования механизмов межцентральных взаи-
модействий и исходного уровня функционального состояния взаи-
модействующих центров привели к формированию принципа доми-
нанты как общего принципа работы нервных центров, лежа-
щего в основе поведения индивида.
Во многих своих работах, подчеркивая роль доминанты как
образователя сложнейших афферентных синтезов из огромной
массы текущей информации, Ухтомский делал вывод, что прин-
цип доминанты определяет вероятность возникновения той или
иной рефлекторной реакции в ответ на текущее раздражение.
Как общий принцип работы нервных центров
доминанта подчиняется определенным закономерностям. Во-пер-
вых, в нервных путях живого организма почти непрерывно про-
носятся волны возбуждений с разнообразных центральных источ-
ников и периферийных приборов. Это филогенетически оправда-
но, ибо в организме наблюдается значительное преобладание
рецепторов, улавливающих тончайшие изменения состояния внут-
ренней и внешней среды, над соответствующими центрами в го-
ловном и спинном мозгу и над исполнительными органами.
Далее иррадиация импульсов возбуждения происходит в сто-
рону очагов повышенной возбудимости. Определяющую роль при
формировании в нервной системе очага повышенЦой возбуди-
мости играет состояние развивающегося в нем местного ста-
ционарного возбуждения, в основе которого лежат сложные фи-
зико-химические процессы. Определенный уровень местного ста-
ционарного возбуждения чрезвычайно важен для дальнейшего
хода реакции: если он мал, то диффузная волна может под-
нять его до состояния, характерного для доминанты, т. е. соз-
дать в очаге повышенную возбудимость. Если же уровень мест-
ного возбуждения и без того высок, то при приходе новой
156
волны возбуждения возникает эффект торможения. Отсюда: «Сос-
тояние доминанты есть подкрепление и выявление наличного
соотношения центральных возбуждений как в области намечаю-
щихся положительных реакций, так и в области торможения».*
Но доминантный очаг не следует рассматривать как «центр
сильного возбуждения». Определяющую роль в этом процессе
играет не количественный, а качественный фактор — повышенная
возбудимость, т. е. отзывчивость на приходящие волны возбуж-
дения и способность центра суммировать эти возбуждения. Имен-
но такой центр — наиболее возбудимый, отзывчивый и впечат-
лительный в данный момент — отвечает на приходящий стимул,
анатомически даже не относящийся к нему; именно такой центр,
первым вступая в работу, предопределяет на какой-то более или
менее продолжительный промежуток времени новый ход реак-
ции. Считая одной из основных черт доминанты ее направлен-
ность (векторность), А. А. Ухтомский вместе с тем отмечал,
что векториальная направленность движения является результа-
том доминанты.
Не менее важную роль в процессе формирования доминанты
играет процесс сопряженного торможения. Состояние местного
возбуждения в центре, подкрепляемое возбуждениями из самых
отдаленных источников, будучи достаточно стойким, т. е. инерт-
ным, в свою очередь тормозит способность других центров реаги-
ровать на импульсы, имеющие к ним прямое отношение. Инте-
ресно отметить, что в случае доминант низшего порядка сопря-
женное торможение рассматривается как следствие возникнове-
ния определенного фокуса возбуждения, тогда как в случае
доминант высшего порядка (например, кортикальных) оно являет-
ся прямым фактором объединения фокуса возбуждений как неко-
торого ансамбля. В работах о доминанте часто встречается
определение ее как «господствующего очага возбуждения», «ус-
тойчивого очага повышенной возбудимости центров». Опре-
деляющим фактором здесь является наличие именно суммацион-
ного рефлекса, что характерно, видимо, лишь для очаговых
доминант, модели которых (фармакологическая и электрическая
доминанты) тщательно изучались Ухтомским и сотрудниками его
лаборатории. Однако понимая, что нормальная рефлекторная
деятельность организма представляет гораздо более сложное
явление, он писал: «Кортикальная деятельность происходит не
так, будто она опирается на раз навсегда определенную и пос-
тоянную функциональную статику различных «фокусов» как но-
сителей отдельных функций: она опирается на непрестанную
интрацентральную динамику возбуждений в кортикальных, суб-
кортикальных, модулярных и спинальных центрах, определяемую
изменчивыми функциональными состояниями всех этих центров».
* Здесь и далее цит. по: Ухтомский А. А. Собр. сон. Т. 1—6, 1950—1962.
157
Более сложные рефлекторные акты осуществляются не одним,
а несколькими анатомическими центрами, расположенными в раз
личных отделах спинного и головного мозга и образующими
своеобразную функциональную констелляцию нервных центров
в работе целостного мозга. А. А. Ухтомский писал: «По всем
данным, доминанта в полном разгаре есть комплекс определен-
ных симптомов во всем организме — и в мышцах, и в секре-
торной работе, и в сосудистой деятельности. Поэтому она представ-
ляется скорее как определенная констелляция центров с повы-
шенной возбудимостью в разнообразных этажах головного и спин-
ного мозга, а также в автономной системе»; «... за каждой естест-
венной доминантой кроется возбуждение целого созвездия (конс-
телляции) центров. В целостной доминанте надо различать преж-
де всего кортикальные и соматические компоненты».
Стационарное возбуждение в констелляции центров представ-
ляется в виде определенного цикла, когда каждый участник
этой констелляции, будучи связан с соседними и стимулируя
их, в свою очередь получает от них стимуляцию. Таким обра-
зом складывается своеобразная «циклическая машина», которая
долгое время таит в себе возможность вспыхивать и усили-
ваться под влиянием текущих раздражений. Состояние возбуж-
дения в доминанте А. А. Ухтомский нередко называл ее симпто-
мокомплексом. Он писал: «Симптомокомплекс доминанты заклю-
чается в том’, что определенная центральная группа, в данный
момент особенно впечатлительная и возбудимая, в первую го-
лову принимает на себя текущие импульсы, но это связано
с торможением в других центральных областях, т. е. с уг-
нетением специальных рефлексов на адекватные раздражители
в других центральных областях, и тогда множество данных из
среды, которые должны были бы вызвать соответствующие реф-
лексы, если бы пришли к нам в другое время, остаются теперь
без прежнего эффекта, а лишь усиливают текущую доминанту
(действуют в руку текущего поведения)».
Топографическая разбросанность центров, участвующих в об-
разовании физиологической констелляции, определяется разнооб-
разием поводов применения какой-либо функции в нормальной
жизни организма, богатством связей соответствующего центра
с другими областями нервной системы. Часто сравнивая физиоло-
гический механизм с механизмом техническим, А. А. Ухтомский
отмечал не только то, что он образуется по ходу самой реак-
ции, но и то, что в отличие от технического механизма он
имеет не одну, а множество степеней свободы, дающих ему
возможность осуществлять и множество переменных механизмов.
В природе живого организма наличие механизма конвергенции
преобладающего множества афферентных путей к ограниченному
числу эфферентных исполнительных аппаратов обусловливает
наделение существующей системы исполнительных органов мно-
жеством степеней свободы, которые обеспечивают новые функ-
158
циональные разновидности действия, достигающиеся новыми соче-
таниями прежних анатомо-физиологических данных. Выбор же
Одной степени свободы при сопряженном торможении других
достигается посредством доминанты, направленной на определен
ный рабочий вектор.
При рассмотрении вопроса о превращении доминанты из
симптомокомплекса состояния возбуждения в общий механизм
действия, поведения и жизнедеятельности организма А. А. Ух-
томский нередко использовал понятия «функционального центра»,
«функционального органа». Этим подчеркивался следующий факт.
Дело в не только в том, что в нервной системе складываются
определенные констелляции связанных между собой центров, мор-
фологически далеко разбросанных по мозговой массе, но и в том,
что они функционально объединены единством действий, своей
векторной направленностью на определенный результат. В понятие
органа может быть включено «всякое сочетание сил, могущее
привести при прочих равных условиях всякий раз к одинаковым
результатам. Орган — это прежде всего механизм с определен-
ным однозначным действием. Громадное разнообразие морфоло-
гических черт... того или иного образования нашего тела впер-
вые приобретает значение физиологического органа, после того
как открывается значение этих морфологических деталей
как рабочих слагающих общей, однозначно определенной физио-
логической равнодействующей... Определение понятия «орган»
как... динамического, подвижного деятеля или рабочего соче
тания сил... для физиолога чрезвычайно ценно». Определяющая
роль в процессе функционального сближения издревле разобщен-
ных образований в высшие функциональные единства принадле-
жит высшим центрам, т. е. коре головного мозга.
Единство действия достигается способностью данной совокуп-
ности «приборов» взаимно влиять друг на друга с точки зре-
ния усвоения ритма, т. е. синхронизации активности нервных
центров. В этих процессах огромную роль играет усваивание
темпа и ритма возбуждений в центрах, входящих в состав конс-
телляции. Каждый из компонентов констелляции изначала обла
дает своим определенным темпом и ритмом возбуждений. При
формировании единой констелляции, этого созвездия созвучно
работающих ганглиозных участков, взаимно сбвозбуждающих
друг друга, определяющую роль играет увязка во времени, в ско-
ростях, в ритмах действия, т. е. в сроках выполнения отдель-
ных моментов реакции. Именно в констелляции более всего
возможно возникновение ритмического процесса. Происходит как
бы своеобразное развертывание констелляции, когда постепен-
ное «сыгрывание» ритмов в отдельных компонентах констелля:
ции приводит к достижению некоторого общего «марша» воз-
буждений в ней. При этом сопряженное торможение прочих
центров, не входящих в состав данной констелляции, будет раз-
виваться тем более, чем полнее констелляция будет участвовать
159
в ритмической работе. Процесс синхронизации темпов и ритмов
активности нервных центров, входящих в состав определенной
констелляции, делает ее доминирующей. Доминирование конс-
телляции будет, таким образом, зависеть от того, насколько
полно она будет вовлечена в дело, насколько наладившийся
ритм возбуждений будет осуществляться без перебоев, подкреп-
ляясь новыми текущими раздражениями, насколько при этом бу-
дут сопряженно тормозиться другие рефлексы.
Основным аппаратом управления ритмами в тканях и орга-
нах, согласованием и синхронизированием их является кора голов-
ного мозга, обеспечивающая «обоюдный процесс подчинения тем-
пов и сроков жизнедеятельности темпам и срокам сигналов
из внешней среды, равно как подчинения сроков в постепенно
освояемой среде потребностям организма». Одновременно с под-
держанием дальнейшей синхронизации ритмов активности в ра-
бочей констелляции кора головного мозга принимает участие
в процессе дальнейшей синхронизации ритмов активности в дру-
гих нервных центрах.
Одной из характерных черт доминирующей констелляции
является то, что отдельные ее компоненты, или центры, могут
принимать участие в ряде других рефлекторных актов, входя
в состав соответствующих им констелляций и в последующее
сотрудничество с другими рабочими группировками. Но как и чем
определяется подобный переход? С одной стороны, сохранение
того или иного компонента — участника рабочей констелляции —
зависит от того, насколько стойко и продолжительно он спо-
собен сохранить в себе темп и ритм, навязанный ему данной
констелляцией, т. е. от его инерции. С другой стороны, пере-
ход данного нервного центра в работу другой констелляции
будет зависеть и от того, насколько быстро данный центр спо-
собен усвоить темп и ритм нового межцентрального рабочего
цикла, возникшего в организме.
Постепенно формируясь, рабочая констелляция проходит не-
сколько стадий. Вначале в констелляцию посредством генерали-
зованного возбуждения наряду с необходимыми для определен-
ного доминантного акта нервными центрами вовлекаются и посто-
ронние клеточные группы, В этом достаточно неэкономичном
процессе проявляется диффузная отзывчивость доминирующей
констелляции к различным раздражениям. Но постепенно, в про-
цессе повторного осуществления данного рефлекторного акта,
диффузная отзывчивость сменяется избирательным реагированием
только на те раздражения, которые создали данную доминанту.
Теперь реакция доминантного акта происходит более экономич-
но — ненужные для него нервные группы затормаживаются. «До-
минанта, как съемка, выбирает из среды соответственные воз-
будители. Но часть этих возбудителей соединяется с доминан-
тами так рыхло, что вскоре выпадает. Остаются приставшими
лишь те, которые имеют сродство с данною доминантою». Это
160
сродство определяется не только в физико-химическом смысле,
но и в биологической значимости для организма данного раздра-
жителя в данный промежуток времени.
Процесс избирательного реагирования констелляции на прихо-
дящие раздражения, как упоминалось выше, связан с 'повторе-
нием рефлекторного акта, вызванного данной доминантой, т. е.
с репродукцией доминанты. При повторении доминанты репро-
дуцируется и свойственный только ей единый ритм возбужде-
ний, что говорит о длительном сохранении специфических следов
раздражения в нервной системе.
Достаточно жесткие, давно сложившиеся рабочие констелля-
ции характерны для онтогенетически более старых кортикаль-
ных и субкортикальных этажей нервной системы. Такие констел-
ляции характеризуются совершенно определенным, генетически
запрограммированным результатом действия рефлекторного ак-
та. Приборы же кортикальной рецепции являются инициаторами
новых констелляций по поводу новых опытов и «шрамов», вно-
симых в жизнь индивидуальности. В том случае, когда доми-
нанта является продуктом высших кортикальных этажей голов-
ного мозга, она формирует не только координационную работу от-
дельных органов, но, что самое важное, координирует поведение
организма в среде, обеспечивает организму при всем разнообра-
зии конкретной среды определенный и устойчивый вектор поведе-
ния.
В противовес консервативному началу доминанты, которое
выражается в подкреплении ее за счет всевозможных поводов
и впечатлений, А. А. Ухтомский подчеркивал ее прогрессивную
роль в процессе новообразований рефлексов на среду, когда
происходят подбор и отметка «пригодных», «нужных», «имею-
щих непосредственную связь» впечатлений. Как же происходит
этот процесс? Сначала доминанта в центрах вызывается ее не-
посредственным раздражителем под влиянием внутренней секре-
ции, рефлекторных влияний и пр. На этой стадии, названной
стадией укрепления наличной доминанты по преимуществу, доми-
нанта привлекает к себе в качестве поводов к возбуждению
самые разнообразные рецепции. Дальнейший подбор биологичес-
ки интересных новых рецепций для доминанты (стадия выра-
ботки адекватного раздражителя для данной доминанты и вместе
с ней стадия предметного выделения данного комплекса разд-
ражителей из среды) приведет к образованию новых адекват-
ных поводов для данной доминанты. Здесь мы имеем дело уже
с кортикально воспроизведенной доминантой.
Восстановление доминанты по кортикальному следу может
быть эскизно, т. е. с более экономичным ее воспроизведением
через кору (при этом комплекс органов, участвующих в пере-
живании восстановленной доминанты, может быть сокращенным
и ограничиться только кортикальным уровнем). Но в некото-
рых случаях «кора умеет восстановить прежнюю констелляцию
16!
до такой полноты, что переживается вновь конкретное содержание
тогдашнего опыта, быть может, до галлюцинаций». Доминанта
возобновится либо эскизно, либо полностью лишь в том слу-
чае, если возобновится, хотя бы частично, раздражитель, став-
ший для нее адекватным. Это обусловлено тем, что между доми-
нантой как внутренним состоянием и данным комплексом раздра-
жителей была установлена прочная адекватная связь. На этой,
стадии доминанта возобновит подбор новых, биологически ин-
тересных поводов для себя. Поэтому при кортикальном воспроиз-
ведении доминанты, которое является очень подвижным сочета-
нием ее кортикальных компонентов, происходит интеркортикаль-
ное обогащение новыми рецепциями кортикальных компонентов
доминанты. А. А. Ухтомский пишет: «Однажды заложившееся
кортикальное впечатление остается надолго или навсегда как бо-
лее или менее зарубцевавшийся шрам. Остается он длитель-
ным оттого, что еще не отработан до конца. И еще пребывает
проблемой. Оставаясь проблемой для организма, он продолжает
служить поводом для наматывания нового опыта, стимулируя
новые и новые реакции под своим знаком». Это «наматывание
нового опыта», т. е. переинтеграция доминанты, происходит именно
в те периоды, когда она воспроизводится в кортикальном порядке.
Что же собой представляет кортикальный след, по которому
доминанта может быть пережита заново? Это своего рода не-
который интегральный образ, своеобразный продукт пережитой до-
минанты, в котором в единое целое сплетены соматические и
эмотивные признаки доминанты с ее рецептивным содержанием,
т. е. с комплексом раздражений, с которыми она была свя-
зана в прошлом. При создании некоторого интегрального об-
раза важную роль играют как периферические, так и кор-
тикальные компоненты. «Во всяком образе есть предвидение
контактное, увязанное с рецепцией на расстоянии». Интеграль-
ный образ является своеобразной «памяткой» пережитой доми-
нанты и вместе с тем ключом к ее воспроизведению с той или
иной степенью полноты.
Если доминанта восстанавливается лишь по своим кортикаль-
ным компонентам, т. е. более экономично, как «мимолетное воспо-
минание», причем с малой инерцией, то при новых усло-
виях она всегда обходится с помощью прежнего опыта. Биоло-
гический смысл эскизно протекающих доминант состоит в том,
чтобы «по поводу новых и новых данных среды очень быстро
перебрать свой арсенал прежних опытов для того, чтобы из
них путем очень быстрых их сопоставлений избрать более или ме-
нее идущую к делу доминанту, чтобы применить ее к новому
заданию. Целесообразность или нецелесообразность выбранной
доминанты прошлого решает дело». Если же доминанта вос-
станавливается почти с прежней полнотой, которая предусмат-
ривает оживление работы всей соматической констелляции, то она
162
переживается с большей инерцией, занимая более или менее
продолжительный период жизнедеятельности организма. Подби-
рая при этом вновь биологически интересные для нее раздра-
жения из новой среды, доминанта по новым данным переинтег-
рирует старый опыт.
Современная нейрофизиология располагает значительным чис-
лом фактов, свидетельствующих об участии виртуальных меха-
низмов не только отдельных элементарных единиц коры голов-
ного мозга, но и целых нейронных модулей. Иными словами,
высокая пластичнсгсть как самих нейронных модулей, так и сте-
пень их участия в более обширных констелляциях использует
вероятностно-статистический принцип связей, присущий в осо-
бенности высшим отделам центральной нервной системы. Выбор
из множества степеней свободы одной, необходимой для участия
в данной работе и в данной констелляции, определяется ме-
ханизмами доминанты, к которым относятся следующие: I) кон-
вергенция, 2) суммация, 3) синхронизация, 4) последействие,
5) сопряженное торможение и 6) выработка стойких внутри-
центральных временных связей. Ряд из этих механизмов обсуж-
дался в предыдущих главах книги. Здесь же мы подчеркнем
лишь актуальность принципа доминанты (динамической констел-
ляции корковых модулей) для понимания различных сторон про-
цессов обучения и памяти с учетом гибких и жестких звеньев
в организации коры головного мозга [Бехтерева, 1980].
В заключении главы мы вернемся к более детальному рас-
смотрению корковых процессов обучения и памяти с позиций
принципа доминанты, а пока лишь упомянем одну из послед-
них концепций американского физиолога В. Маунткасла. Он
допускает существование распределенной мозговой системы ней-
ронных модулей, содружественная и взаимосвязная работа кото-
рых обеспечивает сложные формы психической деятельности.
Однако по сей день элементарным проявлением психической
деятельности у человека и животных остается обычный условный
рефлекс. К поиску механизмов этого феномена приковано вни-
мание десятков лабораторий во многих странах.
Великое открытие И. П. Павлова получает в настоящее время
строгое физиологическое обоснование, однако этим не может
ограничиваться наше представление о высших проявлениях функ-
ций мозга. Наряду с детальным изучением нейрофизиологии
элементарных условных рефлексов [Анохин, 1968] в сферу наших
аналитических исследований вовлечены и другие более сложные
формы мозговой деятельности, такие как экстраполяция, инсайт,
импринтинг, образное поведение и др. Принцип доминанты
А. А. Ухтомского может рассматриваться в качестве основы,
определяющей конструкцию рабочей динамической констелляции
корковых модулей при выполнении как условнорефлекторных
актов, так и других форм адаптивного поведения.
163
6.2. НЕЙРОННЫЕ КОРРЕЛЯТЫ УСЛОВНОГО РЕФЛЕКСА
Вопрос о характере преобразований нейрональной активности
в динамике выработки условного рефлекса начал исследоваться
в связи с внедрением в практику физиологического экспери-
мента тонких методов микроэлектродного анализа и последую-
щей компьютерной обработки полученных результатов. Однако
«лобовые» атаки оказались безуспешными в связи с ограничен-
ными возможностями самого микроэлектродного метода. Стало
ясно, что в качестве одного из этапов исследования нужна
разработка экспериментальных моделей, воспроизводящих те или
иные факторы условнорефлекторного процесса. Попытки
использовать внутриклеточную регистрацию постсинапти-
ческих электрических потенциалов привели к необходимости
проводить исследование либо на относительно простых нервных
сетях, например у моллюсков [Кенделл, 1980; Соколов, 1981],
либо на корковых нейронах высших млекопитающих с максималь-
ным упрощением требуемых для анализа межнейронных отноше-
ний [Воронин, 1982].
6.2.1. Клеточные аналоги условного рефлекса
Группой венгерских физиологов (О. Фехер, А. Барани) раз-
работана модель ассоциативного эффектзависимого обучения,
при котором сигнал меняет свое действие под влиянием после-
дующего безусловного эффекта. Авторы проводили внутриклеточ-
ную регистрацию от крупных пирамидных клеток сенсомотор-
ной коры у наркотизированных кошек. Клетки идентифицирова-
лись с помощью антидромной стимуляции пирамидного тракта.
В качестве условных раздражителей были избраны электрости-
муляция вентролатерального ядра таламуса, мозолистого тела,
соматосенсорного пути или соседних пирамидных нейронов. При
их стимуляции исследуемый нейрон отвечал моно- или полисинап-
тическими ВПСП или ТПСП. Безусловным раздражителем слу-
жило антидромное раздражение исследуемого нейрона, которое
приводило к генерации потенциала действия.
Рассмотрим процедуру выработки условного рефлекса при
«условном» раздражении вентролатерального ядра таламуса
(VL) и антидромной стимуляции пирамидного тракта (безуслов-
ный стимул). Сначала, как показано на рис. 6.1, электрическая
стимуляция VL с частотой 1/с сопровождается только ПСП.
Последующее антидромное раздражение пирамидного тракта с
частотой 10—20/с вызывает один потенциал действия. По мере
сочетаний раздражения таламуса с антидромной стимуляцией
амплитуда и (или) длительность ТПСП увеличиваются и остаются
таковыми в течение нескольких минут.
Амплитуда ВПСП ведет себя так же, но к 50-му раздра
жению ВПСП достигает порога генерации и условный сигнал
начинает вызывать 1—2 потенциала действия. Эффект антидром-
164
ного раздражения при этом не меняется. К 100-му сочетанию
амплитуда ВПСП еще больше возрастает, и число спайков дости-
гает трех. Если проводить угашение, т. е. подавать одно услов-
ное раздражение, не сопровождая его антидромной стимуляцией,
то амплитуда ВПСП и число генерируемых спайков уменьша-
ется, и спустя 350 изолированных применений «условная реак-
ция» на раздражение таламического ядра угасает. Внутриклеточ-
ная поляризация исследуемого нейрона, приводившая к генера-
ции спайков, усиливала эффект раздражения вентролатераль-
ного таламуса. Однако ни многократное применение только ус-
ловного стимула, ни псевдообусловливание (процедура примене-
ния условного и безусловного раздражителей в случайном поряд-
ке) не привели к генерации потенциалов действия исследуемого
нейрона. Уровень мембранного потенциала и сопротивление при
выработке временной связи менялись по-разному в различных
клетках. Это позволяет думать об определяющей роли при выра-
ботке условного рефлекса избирательных синаптических сдвигов.
Об этом свидетельствуют исследования тех же авторов с ис-
пользованием в качестве дифференцировочного раздражения сти-
муляции разных участков мозга. Было показано, что положи-
Рис. 6.1. Эффекты гетеросинаптического облегчения на нейроне пирамидного трак-
та у кошек (по Барами и Фехеру).
УС -условный стимул; УР— условная реакция; БС — безусловный стимул; БР — безусловная
реакция. Слева — до сочетания; справа — после сочетания.
Приведены постсинаптические реакции нейрона на адекватную (VL), антидромную (ПТ) сти-
муляции н внутриклеточную поляризацию постоянным током (ПОЛ).
опосредуются разными синапсами независимо друг от друга.
Селективная выработка такого условного рефлекса происходила
за 60—90 сочетаний и сохранялась до 40 мин.
Е. Н. Соколов (1981), анализируя эти эксперименты, спра-
ведливо полагает, что элементарным локусом пластического из-
165
менения является не нейрон, а синапс. Речь идет о синапсе
Хебба, который селективно изменяется, если за синаптической
посылкой следует спайковый разряд нейрона (феномен гетероси-
наптического облегчения). Этот же феномен использовался для
объяснения ряда эффектов обусловливания в другой модели
с внутриклеточной регистрацией, предложенной Л. Л. Ворониным
(1982). Синаптические аналоги условного рефлекса создавались
в зоне коркового представительства передней конечности бодрст-
вующего кролика сочетаниями электрического раздражения двух
точек коры. Условным стимулом служило подпороговое (неэф-
фективное) раздражение коры на некотором расстоянии от ис-
следуемого коркового нейрона, а безусловным — пороговое для
постсинаптической реакции раздражение поверхности коры над
исследуемым корковым нейроном. По мере сочетаний около поло-
вины корковых нейронов проявили способность вырабатывать
идентифицированные условные связи активирующего или тормоз-
ного типа.
При активирующих формах условной связи в ответ на ус-
ловный стимул возникали ВПСП, амплитуда которых постепен-
но возрастала до критического уровня генерации потенциалов
действия. При отмене подкрепления, т. е. при угашении, ампли-
туда ВПСП постепенно уменьшалась с прекращением генерации
спайковых разрядов. При тормозных формах временной связи
условный стимул вызывал постепенно развивающееся угнетение
механизма генерации импульсных разрядов, которое не сопро-
вождалось существенной гиперполяризацией мембраны клетки
или достоверным уменьшением ВПСП. Установлено, что диффе-
ренцирование одним и тем же нейроном подкрепляемых и не-
подкрепляемых стимулов реализуется различными синаптически-
ми входами и поддерживается благодаря механизмам гетероси-
наптической сенситизации.
Одной из оригинальных моделей аналога временной связи на
микропопуляции нейронов коры больших полушарий, позволяю-
щих изучать формирование ассоциативных эффектов нейронов,
является микроионофоретическая аппликация медиаторов (L-глу-
тамата и ацетилхолина), используемых в качестве аналогов ассо-
циируемых раздражителей [Котляр и др., 1983]. Ими иссле-
дованы три различные процедуры ассоциации: 1) условный зву-
ковой сигнал и микроаппликации глутамата или ацетилхолина
в качестве локального подкрепляющего фактора, 2) аналог ус-
ловного сигнала — электростимуляция коры, которая сочеталась
с микроаппликацией медиаторов, и, наконец, 3) аппликация глу-
тамата в качестве аналога условного раздражителя и ацетил-
холина — безусловного раздражителя. Установлено, что отдель-
ные нейроны микропопуляции (или микромодуля) в радиусе
действия медиаторов (менее 100 мкм при силе тока фореза
до 50 нА) обнаруживают специфические ассоциативные пере-
166
f
стройки своей активности. Последние могут заключаться в сле-
дующем: изменения реактивности к сигнальному раздражителю,
воспроизведение реакции на подкрепляющий раздражитель в от-
вет на действие условного сигнала и реакция на время в гра-
ницах действия ассоциируемых раздражителей. Авторы считают,
что отдельные нейроны модуля характеризуются различным
проявлением пластичности для их вовлечения в системный про-
цесс ассоциации раздражений.
В. С. Русинов (1969) первым пришел к выводу, что сумма-
ционный рефлекс и доминанта представляют собой начальные
этапы образования любого условного рефлекса и сами по себе
могут служить удобной моделью для изучения простых форм вре-
менной связи. Им была разработана модель корковой поляриза-
ционной доминанты, состоящая в том, что поляризация постоян-
ным током участков сенсомоторной коры кролика при действии
ранее неэффективных раздражителей — световых вспышек, при-
водила теперь к ритмическому сокращению передней конечности
(корковая проекция которой поляризовалась) в такт световой сти-
муляции. Установившаяся под влиянием поляризации новая
форма реагирования на раздражитель сохраняется до 30 мин
после выключения тока.
Независимо от того, справедливы или нет исходные теорети-
ческие предпосылки, модель очаговой поляризационной доми-
нанты послужила существенным толчком для выявления плас-
тических характеристик корковых нейронов. Установлено, что
поляризация слабым постоянным током увеличивает активность
полисенсорных нейроиов, что и является одним из непременных
механизмов возникновения движения на ранее индифферентный
раздражитель. Причем функциональные и морфологические
сдвиги происходят не только в пирамидных нейронах, но в интер-
нейронах и в глиальных клетках, которые также подвергают-
ся деполяризации. Структурные изменения особенно отражаются
в интернейронах и глиальных клетках более часа после выклю-
чения постоянного тока, оптимального для создания доминант-
ного очага. Образуется единый функционально организованный
ансамбль или система. Подчеркивается особая роль нейронов
нижних слоев коры, которые дольше сохраняют ритм раздра-
жения, чем клетки верхних слоев. Обращается серьезное внима-
ние на существование в системе базальных дендритов пирамид-
ных клеток дендро-дендритических контактов, которые рассмат-
риваются как важнейший субстрат межнейронных отношений.
Экспериментальные данные свидетельствуют в пользу гипотезы
об электротоническом типе взаимодействия в межнейронных кор-
ковых влияниях как определяющем при образовании простых
форм временных связей.
Специальное внимание к нейроглиальным взаимоотношениям
при формировании клеточных аналогов условного рефлекса при-
влек А. И. Ройтбак (1969). Он выдвинул «глиальную» гипотезу
167
образования временных связей, согласно которой в основе обра-
зования и укрепления временных связей лежит миелинизация
центральных аксонов, возбуждающихся от условного раздраже-
ния. При действии безусловного раздражения в соответствую-
щих областях коры происходит деполяризация глиальных кле-
ток: возбуждение большого числа нервных элементов импуль-
сами из специфических и неспецифических путей приводит к вы-
делению в межклеточные щели и аккумуляции ионов калия.
Автор имеет основание утверждать, что деполяризация олиго-
дендроцитов служит сигналом к образованию миелина; условием
миелинизации является совпадение во времени деполяризации
олигодендроцитов и физико-химических изменений в прилегаю-
щих немиелинизированных пресинаптических терминалях после
их предшествующего возбуждения.
Однако какими бы информативными для задач общей нейро-
физиологии ни были аналитические подходы к исследованию
неокортекса на наркотизированных или обездвиженных препара-
тах с использованием различных моделей и аналогов условных
рефлексов их конечной целью является расшифровка тех фе-
номенов мультинейронной активности, которые регистрируются
на бодрствующем мозге при выполнении животным того или
иного целостного условнорефлекторного акта. Хотя еще нельзя
сказать, что уже сегодня мы можем использовать весь арсенал
сведений аналитической нейрофизиологии для расшифровки кле-
точной активности бодрствующего мозга. Полярные различия
двух основных подходов базируются на степени проявления фено-
мена пластичности, т. е. высокой изменчивости реакций одного и
того же нейрона у бодрствующего животного и значительно боль-
шей стабильности реагирования корковых клеток у наркотизи-
рованных препаратов. Основная причина заключается в том, что
при использовании анестезии прежде всего страдает проведе-
ние по полисинаптическим путям, а значит и тормозные про-
цессы мозга, ответственные за динамические перестройки паттер-
на ответов нейронов при воздействии разнообразных сигналов.
Это, конечно, не исключает возможности изучать отдельные сто-
роны пластических свойств нейронов коры мозга на наркоти-
зированных препаратах.
Другой момент, который следует иметь в виду, — это оп-
ределение основных уровней мозга, ответственных за перестрой-
ки кортикальной активности. Нет никаких оснований всю дина-
мику реакций коркового нейрона приписывать исключительно
кортикальным механизмам. Однако задача заключается в точном
определении тех специфических влияний, которые вносят конкрет-
ные внутрикортикальные механизмы в формирование паттерна
нейронального ответа.
168
6.2.2. Нейрофизиологические основы
ассоциативного обучения
Если под обучением понимать устойчивое изменение свойств
поведения, вызванное действием опыта на центральную нерв-
ную систему, то классические и инструментальные условные реф-
лексы могут рассматриваться как типичные примеры ассоциатив-
ного эффектзависимого обучения, при котором ранее индиффе-
рентный сигнал приобретает новое биологическое значение и при-
водит к последующему приспособительному эффекту.
Данные о перестройке нейрональной активности при выработке
условных рефлексов у бодрствующих животных представляют
существенное значение для понимания функциональной органи-
зации целостной системы обучения. Приходится признать, что та-
кие изменения реакций нейронов могут проявляться практически
во всех исследованных структурах мозга. Логично допустить
поэтому, что возможность образования ассоциаций является базо-
вым свойством нервной системы.
По результатам обучения на уровне одного нейрона можно
судить, что наиболее существенные изменения характерны для
корковых полисенсорных нейронов [Рабинович, 1975], функцио-
нальные свойства которых по мере сочетаний претерпевают эволю-
цию, отражающую становление афферентной специализации ней-
рона. Так, до первых сочетаний стимула с подкрепляющим
рефлексом нейроны проявляют преимущественно адекватно моно-
сенсорные реакции, т. е. большинство из них отвечает на стимулы
адекватной сенсорной модальности стабильными коротколатент-
ными разрядами. По мере последующих сочетаний эти же ней-
роны приобретают способность отвечать на стимулы различных
сенсорных модальностей и параметров; их активность становится
полисенсорной. Этот период соответствует фазе генерализации
условного рефлекса, когда положительное действие обнаружи-
вают не только сигнальный, но и другие сенсорные раздражи-
тели. Наконец, при достаточно упроченном условном рефлексе
ответы нейронов снова приобретают моносенсорный характер,
но теперь это уже специальные моносенсорные реакции на стимул
определенной модальности и физических параметров, т, е. избира-
тельная реакция только на тот стимул, который приобрел сигналь-
ное значение для поведенческого акта. Следует отметить, что
характеристики процесса привыкания реакций нейронов при моно-
тонных предъявлениях сенсорных стимулов (не ассоциативное
стимулзависимое обучение) не коррелируют с процессом ассо-
циативного обучения. Одни нейроны в популяции могут прояв-
лять феномен привыкания, а другие — сенситизацию. Следова-
тельно, нейрофизиологические механизмы привыкания и ассо-
циативного обучения могут быть различны по своей организа-
ции. Так, механизмом привыкания считается уменьшение числа
квантов медиатора, ведущее к уменьшению амплитуды постсинап-
169
тических потенциалов. В то же время нейронный механизм ассо-
циативного обучения, как предполагает Е. Н. Соколов (1981),
связан со сдвигом эндогенной активности обучаемого нейрона.
Однако нельзя исключить возможность причинно-следственной
связи между привыканием (пресинаптическая депрессия) и сен-
ситизацией (посттетаническая потенциация), а поэтому можно
считать, что они отражают работу единого системного механиз-
ма, включающегося при монотонном предъявлении стимулов без
подкрепления. Таким образом, по критерию наличия или отсутст-
вия изменений реакций нейронов нельзя считать, что обучение
характерно лишь для определенных отделов или уровней мозга.
Имея в виду неоднозначность различных отделов мозга для
процессов обучения, приходится допускать, что сами по себе
изменения реакций нейронов при выработке временных связей
еще не являются доказательством причастности тех или иных
структур мозга к процессам обучения.
Обычно ищут корреляцию между изменением реакций ней-
ронов и поведенческими сдвигами. Однако для заключения об
организации системы, обеспечивающей условнорефлекторный про-
цесс, необходимо проанализировать по крайней мере два воп-
роса: любые или вполне определенные изменения реакций ней-
ронов соответствуют новой сигнальной значимости сенсорных
стимулов и в каких образованиях мозга эти изменения прояв-
ляются наиболее отчетливо. Для того чтобы установить связь
нейронных перестроек именно с процессами «сцепления» услов-
ного и безусловного стимулов, необходимо исключить возмож-
ные другие причины. К таковым относятся: 1) возможность изме-
нения эффективной интенсивности сенсорного стимула, 2) влияние
на биоэлектрическую активность мышечных «артефактов» при поз-
ных перестройках и выполнении движений и 3) увеличение об-
щей неспецифической возбудимости, так называемой тонической
составляющей ассоциативного процесса [Котляр, 1977].
Изменение эффективной интенсивности стимулов может
быть обусловлено собственными мышечными элементами рецеп-
торных аппаратов (сокращения мышц среднего уха, цилиарных
мышц глаза), движения глаз, головы также меняют интенсив-
ность стимулов уже на рецепторном входе. Например у кошки,
поднимающей голову в направлении источника звука, амплитуда
потенциала действия волокон слухового нерва увеличивается
в два раза.
Устранение мышечных артефактов достигается исследова-
ниями на обездвиженных животных, хотя при этом сохраняют-
ся вегетативные эффекторные реакции (работа сердца, гладкой
мышцы, регулирующей размер зрачка, и др.). Явления неспе-
цифической активации до некоторой степени контролируются
процедурой псевдообусловливания (предъявления условного и
безусловного стимулов в случайном порядке) и выработкой
дифференцировки и угашения.
170
I
! Если же регистрируются изменения реакций нейронов раз-
ных образований мозга при формировании условного рефлекса,
то возникает естественный вопрос об их первичности или опосре-
дованности, связанными между собой причинно-следственными
отношениями. Конечные изменения на уровне одного нейрона мо-
гут быть одинаковыми независимо от первичности или вторичнос-
ти их характера. Однако причины, их вызывающие, должны
различаться.
Поиск наиболее существенных для обучения структур мозга
заключается в выявлении локализации тех нейронных популяций,
где изменение происходит в первую очередь. Критерием вовле-
ченности должен являться предшествующий характер реакций
нейронов относительно поведенческой реакции, из чего логически
вытекает необходимость существования «критических синап-
сов», в которых прежде всего происходят изменения, обуслов-
ливающие распространение импульсации по новому пути. При-
чем наряду с сигнально-детерминированными реакциями описан
класс сдвигов импульсной активности, которые также возникают
по механизму воспроизведения следов ранее выработанных свя-
зей, но без непосредственного участия внешних сигналов —
центрально-детерминированные реакции [Рабинович, 1975].
Быть может, именно эти реакции послужат удобной моделью
для исследования механизмов произвольной двигательной дея-
тельности.
Структуры мозга, в которых обнаруживаются первичные
сдвиги нейрональной активности, согласно Дж. Олдсу, представ-
лены в разных отделах мозга. Их можно разделить на неспецифи-
ческие и специфические. К 1-й группе отнесены те образования,
в которых нейроны реагируют сходным образом на условные
и любые новые стимулы той же модальности, но отличающиеся
от первых по своим физическим параметрам. В специфических
отделах нейроны не проявляют черт генерализации в реагирова-
нии и не имеют сходных реакций на новые стимулы. В ка-
честве наиболее значимых для обучения отделов мозга отме-
чены фронтальная и сенсомоторная кора, а также гиппокамп,
где обнаружены изменения импульсной активности пирамид слоя
САз уже при первых сочетаниях условного и безусловного сти-
мулов и разряд нейронов предшествовал двигательной реакции.
Группа американских ученых под руководством Ч. Вуди иссле-
довали внутриклеточно реакции нейронов сенсомоторной коры
кошек при выработке мигательного условного рефлекса на звук.
Безусловным стимулом служил удар постукивания по переносице.
Реакции нейронов сенсомоторной коры предшествовали появле-
нию первых мигательных движений. В результате обучения наблю-
далось, с одной стороны, избирательное снижение порогов миогра-
фических реакций круговой мышцы глаза, осуществляющей ми-
гание в ответ на поверхностную или внутрикорковую микро-
стимуляцию сенсомоторной зоны, а с другой — избирательное
17!
усиление реакции и увеличение числа реагирующих нейронов,
проецирующихся к соответствующей мышце. Было установлено,
что пороги генерации спайков на внутриклеточно приложенный
импульс тока достоверно ниже у тех нейронов, которые проеци-
руются к мышцам, осуществляющим реакцию мигания, по сравне-
нию с проекционными нейронами других лицевых мышц. Услов-
ные реакции нейронов на звуковой сигнал появляются с коротким
латентным периодом (20 мс), не превышающим латентный пе-
риод реакций клеток первичной слуховой коры, и могут сох-
раняться в течение длительного времени — 14 недель. Указанные
функциональные сдвиги нейронов сенсомоторной коры были ре-
зультатом только выработки условного рефлекса. Функциональ-
ное выключение сенсомоторной области аппликацией хлористого
калия вызывает утрату реакций этих нейронов и соответствен-
но исчезновение самого акта мигания, хотя безусловная ми-
гательная реакция не страдает. Результаты этих экспериментов
свидетельствуют о первичных пластических изменениях в нейро-
нах коркового представительства двигательной условной реакции.
В пользу локализации пластических изменений в сенсомо-
торной коре свидетельствуют также результаты анализа ней-
ронных механизмов условной реакции постановки конечности
на опору у кошек [Котляр и др., 1983]. Под этой реакцией
понимают последовательность движений, вызванных прикосно-
вением твердого предмета к дорзальной поверхности лапы, обес-
печивающих постановку лапы на поверхность этого предмета.
Сигнальная условная реакция, вызванная тактильной стимуля-
цией вентральной поверхности передней конечности, имела то же
двигательное проявление, что и исходная реакция, развиваю-
щаяся при раздражении дорзальной поверхности лапы (безус-
ловная) у необученных животных. В результате обучения воз-
будительный ответ нейронов в корковом представительстве би-
цепса плеча, мышцы, выполняющей основную роль в сгибании
локтевого сустава, на условный раздражитель был в 2—2,5 раза
больше, чем ответ на этот же раздражитель у контрольных
животных. Этот эффект не сопровождался изменением сенсорно-
го притока в сенсомоторную кору. Кроме того, не было за-
метно различий в возбудимости корковых нейронов обученных
и необученных животных. Исследование позволяет предполагать,
что пластические изменения локализованы в сенсомоторной коре.
Таким образом, реорганизация сенсомоторных связей, дости-
гаемая путем обучения, состоит в изменении эффективности свя-
зей между нейронами сенсомоторной коры, получающими сен-
сорно обусловленное афферентное возбуждение, и группами ней-
ронов, контролирующих сокращения определенных мышц.
6.2.3. Внутрикорковые механизмы
временных связей
Как было видно из предыдущего материала, при длитель-
ной регистрации корковой нейронной активности бодрствующего
172
животного при формировании условного рефлекса остается неяс-
ной локализация пластических перестроек, возникающих при соче-
тании условного и безусловного стимулов. Для выявления соб-
ственно корковых процессов необходима либо внутриклеточ-
ная регистрация, которая по своей сути не может быть дли-
тельной, либо использование строго локальных воздействий на
исследуемый нейрон, например с помощью микроэлектрофореза
различных биологически активных соединений. Такая форма
эксперимента предъявляет требования и к самой процедуре услов-
норефлекторного обучения, состоящей в том, что и выработка и
угашение временной связи должны осуществляться в течение од-
ного и того же опыта при параллельной регистрации импульсной
активности одного и того же нейрона. Таким требованиям отве-
чает мигательный условный рефлекс на звук у кроликов.
Программа опытов с каждым нейроном включала исследо-
вание исходных реакций на изолированное предъявление услов-
ного (УС) и безусловного (БС) стимулов, угашения ориенти-
ровочной реакции, пробы на псевдообусловливание, предъявле-
ния 25—30 УС и БС и 5—10 изолированных предъявлений
УС. По окончании работы с каждым нейроном подавалось 10—15
предъявлений УС и БС в случайном порядке. В качестве УС при-
меняли серии из 5—7 щелчков, безусловным раздражителем
служил задув струи воздуха в глаз животного, вызывающий
мигательный рефлекс. Интервал между предъявлениями УС и БС
составлял 400—500 мс, время продолжающегося действия УС
после однократного предъявления БС — 100—20.0 мс, интервал
между сочетаниями — около 30 с. Для локального воздействия
на исследуемый нейрон сенсомоторной коры применяются много-
ствольные стеклянные микропипетки, стволы которых заполняют-
ся растворами различных фармакологических веществ.
В данном исследовании сконцентрировано внимание на самых
ранних этапах формирования временной связи, при которых внеш-
них проявлений условной двигательной реакции еще не наблю-
дается. При этом особый интерес приобретают так называемые
молчащие нейроны и нейроны с низким уровнем фоновой им-
пульсации, которые изначально не реагируют на применяемые
стимулы. Аппликация к таким нейронам глутамата (возбуждаю-
щего медиатора) дает возможность исследовать активность этих
клеток и проследить возможность возникновения пластических
перестроек у такой группы нейронов, которая обычно не попа-
дает в поле зрения экспериментатора в исследованиях подоб-
ного рода.
Основным критерием причастности нейрона к ассоциативному
процессу считается, как известно, его способность к модифи-
кации ответа на УС исключительно при условии сочетанного
предъявления УС и БС. Обычно такие перестройки наблюдаются
относительно рано (после 10—30 сочетаний), т. е. задолго до
выработки условной реакции мигания. Примерно у 35% всех
173
изученных нейронов сенсомоторной коры отмечено как появление
новых, так и достоверная модификация исходных ответов на
условный стимул. Наблюдаются следующие основные типы кле-
точных условных реакций: 1) появление в ходе сочетаний ответов
на УС, сходных по знаку (возбуждающий или тормозный) с исход-
ной реакцией того же нейрона на БС, 2) появление ответов на УС
Рис. 6.2. Динамика импульсной активности коркового нейрона с активирующим
типом условной реакции (по Сабанову и др.).
Линиями отмечено время нанесения звуковых щелчков, стрелками — момент нанесения безуслов-
ного стимула (БС). Цифры обозначают порядковые номера сочетаний. Верхний луч — импульсная
активность нейрона Нижний луч—электромиограмма орбикулярных мышц. Калибровка' Ни! мВ.
у нейронов, исходно ареактивных к действию применяемых разд
ражений и 3) усиление выраженности ответов на УС в ходе
сочетаний.
Рис. 6.3. Динамика импульсной активности коркового нейрона с тормозным типом
условной реакции (по Сабанову и др.).
C.S — изолированное предъявление условного сигнала УС Остальные обозначения те же, что на
рис. 6,2.
174
На рис. 6.2 представлен пример активирующей реакции ней-
рона на УС, к которому данный нейрон изначально был не
реактивен, но реагировал только на БС. Другой тип реакции —
тормозный — представлен на рис. 6.3. У этого нейрона в ответ
на УС появляется тормозная реакция, которая до сочетаний
регистрировалась лишь в ответ на предъявление БС. Причем вид-
но, что эта тормозная реакция отчетливо проявляется уже на
22-е сочетание и сохраняется даже при изолированном приме-
нении УС, т. е. в отсутствии подкрепления.
Г
имп/50мс
Sr
6-
3 -
3Г
в-
3-
3Г
6-
3-
А
л1 |Чл-1ЦХ
0}5 7,5 С
Рис. 6.4. Гистограммы условных реакций фоновомолчащего коркового нейрона
при постоянной микроаппликации глутамата (по Сабанову и др.).
А - изолированное предъявление УС до сочетаний; Б— 26—30 сочетаний УС и БС; В — 3(—35
сочетаний; Г — 36—40 сочетаний; Д н Е-- изолированное предъявление УС после 40 сочетаний
(п=4—5 реализаций). Точками обозначены моменты нанесения звуковых щелчков, стрелками — БС
На рис. 6.4 представлены перистимульные гистограммы актив-
ности нейрона, который изначально был фоновомолчащим и ареак-
тивным к действию УС и БС. После 25 сочетаний у него появи-
лась отчетливая тормозная реакция на УС (рис. 6.4, Б а В),
при отмене подкрепления эта реакция быстро угашалась (рис. 6.4,
Д и £), что вообще характерно для тормозных условных реакций
нейронов. Такой тип нейронов представляет интерес тем, что в
фоне они не имеют импульсной активности, и для того чтобы
изучать их реакции на протяжении всего исследования, про-
водится постоянная микроэлектрофоретическая аппликация глу-
тамата. Таким образом, фоновая активность нейрона обуслов-
лена прямым действием возбуждающего вещества. И то, что
тормозная условная реакция тем не менее отчетливо проявляет-
ся в таких условиях, может свидетельствовать о том, что тормоз-
ные процессы разыгрываются на данном нейроне, т. е. имеют
активную природу, а не вызваны блокадой афферентации на ни-
175
жележащих уровнях. Участвуют ли такие молчащие нейроны
в организации условнорефлекторного процесса или представляют
собой некий резерв, до сих пор не ясно, хотя они обладают
всеми потенциальными возможностями для быстрого вовлечения
в систему ассоциативного обучения.
Хорошо известно, что исходная реактивность нейронов на
сочетаемые стимулы играет важную роль для развития в них
изменений ассоциативного типа. У подавляющего числа нейронов,
выработавших условные реакции, еще до сочетаний УС и БС
регистрировались ответы на один из них. Особенно часто услов-
ные клеточные реакции проявляются у нейронов, исходно реаги-
ровавших на действие БС.
Распределение нейронов по их исходным реакциям на УС и БС
является достаточно стабильной характеристикой сенсомоторной
коры бодрствующего кролика. Обращает на себя внимание тот
факт, что у мономодальных нейронов преобладают тормозные
реакции, тогда как у большинства бимодальных клеток отме-
чены активирующие. Стабильные коротколатеитные условные
реакции наблюдаются в основном у нейронов с активирующей
реакцией на БС и слабее выраженной, но тоже активирующей
реакцией на УС.
Указанные особенности отражают, по-видимому, специфику
афферентных входов к исследуемым нейронам. Логично допустить,
что бимодальные клетки, проявляющие условные активирующие
реакции, имеют эффективные прямые связи с таламическим аффе-
рентом и отражают результат ассоциативного процесса, сложив-
шегося в результате сочетаний конвергирующих стимулов на
докорковых уровнях интеграции (статическая проецируемая кон-
вергенция) .
Иное дело, тормозные условные реакции нейронов, которые
чаще встречаются в данной модели эксперимента. Есть основа-
ния полагать, что эти реакции опосредованы внутрикорковыми
механизмами конвергенции и интеграции (локальная динамичес-
кая конвергенция). Предположение об их внутрикортикальной
природе требует специальных доказательств. Вопрос о месте
формирования различного типа условных клеточных реакций име-
ет принципиальное значение, ибо, по представлениям ряда ав-
торов (А. Фессар, Ж. Гасто, Н. Иошии и др.), первичное замы-
кание временной связи происходит на нейронах ретикулярной
формации ствола мозга. Кора больших полушарий, согласно
этой концепции, непосредственно не участвует в механизме за-
мыкания, но включается в эту функцию, оказывая, в частности,
тормозное влияние на ретикулярную формацию ствола.
Для установления природы условных реакций корковых нейро-
нов и определения локализации пластических сдвигов и приме-
няется метод микроэлектрофоретических аппликаций.
Эксперименты с молчащими нейронами, импульсная актив-
ность которых создавалась микроаппликацией глутамата, пока-
176
зывают возможность изменения их функциональных свойств в хо-
де сочетаний УС и БС. Если глутамат лишь позволяет вы-
являть исходные свойства, присущие данному нейрону, то можно
предполагать, что фоновая нмпульсация отдельного нейрона не
является определяющим фактором для его вовлечения в систем-
ную организацию условнорефлекторного процесса, как это ранее
постулировалось другими исследователями.
Наличие тормозных условных реакций молчащих нейронов
на фоне аппликации глутамата является свидетельством их внут-
рикортикальной природы. Однако окончательное доказательство
было получено в экспериментах с микроаппликацией пикроток-
сина (антагониста ГАМК-эргического торможения). Установлено,
что пикротоксин устраняет условные тормозные реакции. На
рис. 6.5 представлены перистимульные гистограммы реакций од-
ного нейрона в ходе предъявления сочетаний и после аппли-
кации пикротоксина. Видно, что возникающая к 25-му сочетанию
реакция торможения на условный стимул (рис. 6.5, В и Г)
полностью исчезает после кратковременной микроэлектрофорети-
НМЛ
9-
6-
3
9г
А
Б
Д
_ I_I_I_I_I_I_I_I l 1 11 i i Ilin_____Illi
V” Г Д.......................
Л/. Wli/
Li---1-1-1_lUIjLLi—UH—I_l Li_i_I_I_I_I_I_i_
£ I
9
6
3
0,5 ‘‘гд|"т,5 2,0 0,5 "l‘o’\''l,5 2,0 С
Рис. 6.5. Влияние микроэлектрофоретической аппликации пикротоксина на им-
пульсную активность нейрона с тормозной условной реакцией (по Сабанову и др.).
Д — изолированное предъявление УС до сочетаний (5 реализаций); Б — 16—20 сочетаний. Л
21—25 сочетаний; Г изолированное предъявление УС после 25 сочетаний (5 реализаций); Д и £
1—5 и 6—10 сочетаний соответственно после 3-минутной аппликации пикротоксина (ток 90 нА). Ос-
тальные обозначения те же, что на рис 6.4,
ческой аппликации пикротоксина (рис. 6.5, Д и Е). Этот факт
указывает не только на внутрикортикальную природу тормозной
условной клеточной реакции, но и на вероятную ГАМК-эргич-
ность наблюдаемых тормозных процессов. Более того, преобла-
дание тормозных условных клеточных реакций позволяет пред-
полагать важную роль тормозных интернейронов в корковых
механизмах ассоциации разномодальных стимулов.
177
Дальнейшая система доказательств основывалась на экспери-
ментах с использованием микроаппликации ГАМК. Была исполь-
зована следующая рабочая схема: I) после обнаружения фоно-
воактивного нейрона исследовали исходные реакции на УС и БС,
2) производили электрофоретическую аппликацию ГАМК (8—
12 мин) и на фоне полностью подавленной импульсной актив-
ности предъявляли 15—20 сочетаний УС и БС, 3) прекращали
аппликацию ГАМК и исследовали реакции нейрона на УС при
изолированном его предъявлении и в сочетании с БС
(рис. 6.6)). Установлено, что вызванное аппликацией ГАМК
подавление активности регистрируемого нейрона на время
предъявления сочетаний затрудняет формирование условных тор-
мозных клеточных реакций. В то же время ГАМК не препятст-
вует формированию активирующих условных клеточных реакций
у исходно бимодальных нейронов. Последнее еще раз доказы-
вает, что условные активирующие клеточные реакции проис-
ходят в рамках жесткой статической конвергенции на талами-
ческом уровне и определяются изменением уровня афферентной
имсуЬОмс
s.
в
з
-t---- 8 1 -L I J I
0,5 y5"fi,5 2,0 2,5 c
Рис. 6.6. Модификация ответа нейрона на УС после предъявления 15 сочета-
ний УС и БС на фоне аппликации ГАМК (по Сабанову).
Л — исходная реакция на УС; Б — исходная реакция на БС; В— 1-5 сочетаний; Г — 21—25
сочетаний; Д — изолированное предъявление УС (л=5 реализаций). Точками обозначена моменты нане-
сения звуковых щелчков (УС), стрелками — момент предъявления БС,
В период предъявления 6-20 сочетаний УС н БС импульсная активность нейрона была полностью
подавлена микроэлектрофорстнческой аппликацией ГАМК (величина тока 8 нА).
таламо-кортикальной активации. Формирование же тормозных
условных реакций отражает деятельность внутрикортикальных
механизмов, осуществляется на основе динамической конвер-
генции при непременном участии тормозных интернейронов. Учи-
тывая возможность диффузии ГАМК в локальном участке коры
178
размером не более 50 мкм, можно полагать, что ГАМК при-
водит к развитию мощного тормозного процесса в пределах
многих элементов целого нейронного модуля. Это воздействие
препятствует вовлечению модуля в динамическую констелляцию
корковых модулей, возникшую в процессе обучения. Сохранение
активационных условных клеточных реакций того же модуля
позволяет предположить, что наиболее ранимой под влиянием
ГАМК является связь между возбуждающими и тормозными
интернейронами самого модуля. Вероятно, это звено в системе
внутрикорковых контактов и является ответственным за форми-
рование условных клеточных реакций тормозного типа. Именно
оно обладает наибольшей пластичностью, ибо «тренируется» в
процессе сочетаний УС и БС и ослабевает в процессе угаше-
ния временной связи.
Рассмотрим основной фено-
мен более детально примени-
тельно к структурной и функци-
ональной организации корко-
вых модулей (рис. 6.7). Иссле-
дуемый корковый нейрон исход-
но отвечает торможением фоно-
вой активации лишь на БС и не
реагирует на УС. Следователь-
но, таламический афферент,
вступая в кору, приводит к ак-
тивации тормозного интерней-
рона, непосредственно контак-
тирующего с исследуемым ней-
роном (вероятно, это крупная
пирамида глубоких слоев ко-
ры). По мере выработки вре-
менной связи, данный нейрон
начинает реагировать анало-
гичной тормозной условной ре-
акцией на УС. Следовательно,
ранее подпороговый вход от
другого модуля, являющийся
Рнс. 6.7. Схема связей нейронов для
объяснения тормозных условных кле-
точных реакций (по Батуеву).
1 — пирамидная клетка глубоких слоев; 2 —
звездчатая клетка, .? и 4 — тормозным интерней-
рон; 5—ветви апикальных дендритов в поверх
постном слое коры; 6 — коллатерали аксонов
УС — путь проведения условного стимула от со-
седнего нейронного модуля. БС — путь проведения
безусловного стимула из таламуса.
проекцией таламической им-
пульсации от УС, становится пороговым для активации цепи ней-
ронов, предпоследним звеном которой является также тормозной
интернейрон, контактирующий с исследуемой пирамидной клеткой.
Одновременно с проявлением условной тормозной реакции исчеза-
ет ответ того же нейрона на БС. Можно допустить следующий ва-
риант объяснения этому явлению. Наряду с потенциацией входа
УС в данный модуль и активацией тормозного интернейрона, кон-
тактирующего с пирамидной клеткой, в систему включается еще
один тормозной интернейрон, блокирующий проведение импульса-
ции от БС к исследуемому нейрону. Понимая гипотетичность этого
179
схематического представления, мы хотим, тем не менее, подчерк-
нуть определяющую роль внутримодульных связей между возбуж-
дающими и тормозными интернейронами, динамика которых, с на-
шей точки зрения, может обусловливать множество пластических
перестроек, лежащих в основе системной организации условно-
рефлекторного процесса.
6.3. НЕЙРОННЫЕ КОРРЕЛЯТЫ
КРАТКОВРЕМЕННОЙ ПАМЯТИ
В каждый момент времени животные и человек переходят
из своего прошлого к новому, ранее не испытанному состоянию,
и их поведение в настоящем в значительной мере определяется со-
вокупностью накопленного опыта в прошлом. «Вот эту не-
престанно возрастающую совокупность следов от пройденного,
насколько она определяет поведение в наступающем настоя-
щем, и называют памятью» (А. А. Ухтомский). Таким обра-
зом, память как результат обучения заключается в таких из-
менениях в нервной системе, которые сохраняются в течение
некоторого времени и существенно влияют на характер проте-
кания будущих рефлекторных реакций. Комплекс таких струк-
турно-функциональных изменений, включающий запечатление не
только определенной внешней ситуации, но отношение организма к
ней, получил название процесса образования энграммы. Исполь-
зуя весь ранее приобретенный опыт, а следовательно, опираясь на
факторы, уже отсутствующие в настоящем, энграмма оказывает-
ся избыточной. Благодаря своей избыточности энграмма служит
основой активности организма и реалистического прогнозирова-
ния им будущих ситуаций [Кругликов, 1981].
В настоящее время большинство исследователей разделяет
представление о существовании по меньшей мере двух форм па-
мяти — кратковременной и долговременной, которые могут разли-
чаться по своим механизмам, но оказывать друг на друга взаим-
ное влияние. Консолидация энграммы, т. е. ее переход из кратко-
временной памяти в долговременную, — принципиально важный
момент физиологии и биохимии обучения.
Некоторые ученые считали, что кратковременная и долговре-
менная память представляют собой последовательные этапы еди-
ного процесса, затем возобладала точка зрения о параллель-
ном развитии процессов кратко- и долговременной памяти. Пред-
полагают, что кратковременная (нестабильная) память образует-
ся за счет конформационных перестроек макромолекул и реали-
зуется с участием синаптического и синаптосомального уровней
регуляции (рис. 6.8). Перемещения ионов и (или) кратковре-
менные метаболические сдвиги во время синаптической актив-
ности могут привести к изменению эффективности синаптической
передачи (кратковременная память; миллисекунды, секун-
ды). Синаптосомальный уровень включает конформационные
180
изменения структурных и ферментных белков, изменения кон-
центрации и перемещение нейромедиаторов (промежуточная па-
мять; минуты, часы). Долговременная память формируется на
основе синтеза макромолекул — нуклеиновых кислот и белков —
и связана с активацией генетического аппарата. Отнюдь не имея
в виду излагать здесь все гипотезы (подчас весьма противо-
речивые), касающиеся механизмов памяти, мы ограничим свое
обсуждение процессами кратковременной памяти в связи с тем,
что современная нейрофизиология располагает более или менее
убедительными биоэлектрическими показателями (коррелятами)
данного процесса, а также потому, что кора головного моз-
га активно вовлекается в формирование таких новых энграмм.
Наиболее важным и доступным приемом изучения памяти на
нейронном уровне является оценка механизмов кодирования ин-
формации, т. е. того, как представлены в нейронных сетях мозга
внешние события [Батуев, Куликов, 1983].
6.3.1. Кодирование сигнальной информации
В Ленинградском университете разработана эксперименталь-
ная поведенческая программа и необходимые технические приемы
для одновременной длительной регистрации мультинейронной ак-
тивности неокортекса обезьян. Обезьяны во время эксперимента
находились в специальном приматологическом кресле; перед жи-
вотным располагался пульт, состоящий из панели с двумя кла-
сигналов задавался по
Уровни регуляции
Рис. 6.8. Временная организация па-
мяти (по Матиссу).
Объяснение в тексте.
вишами, в которые вмонтированы лампочки, а также экрана,
устройства для подачи пищевого подкрепления и лампы вспышки.
Была использована следующая последовательность автома-
тически предъявляемых сигналов. При закрытом экране подавал-
ся предупреждающий сигнал — вспышка газоразрядной лампы.
После этого, спустя 2—5 с подавался условный сигнал — го-
рение лампочки в течение 2—5 с под правой или левой кла-
вишей, Порядок предъявления условных
закону случайных чисел. После
выключения условного сигнала
наступал период отсрочки дли-
тельностью до 5—20 с, вслед
за чем экран автоматически
отодвигался, открывая доступ
к клавишам (или рычагам).
После правильного нажатия на
клавишу, обозначенную ранее
лампочкой, обезьяна получала
подкрепление, которое автомат
выбрасывал в кормушку.
После обучения животных
данной поведенческой програм-
ме производилась операция по
размещению на костях черепа
181
микроэлектродной системы. Микроманипуляторы позволяли пог-
ружать в кору мозга пучки из 4 микроэлектродов и оставлять их
там на срок от 2 до 8 дней. Таким образом, имела место экспе-
риментальная процедура, созданная с помощью стабильной ус-
ловнорефлекторной связи — расположение условного сигнала
обозначало местоположение педали (или рычага), с которым жи-
вотному предстояло выполнять определенную манипуляцию (на-
жать, дернуть). Это соответствует процессам долговременной
памяти. Однако одно из звеньев всей поведенческой программы
было весьма лабильным, а именно положение действующего
сигнала и следующий за ним период отсрочки, которые постоян-
но менялись. Животному предстояло воспринять местоположение
сигнала и сохранить эту информацию в течение отсрочки (крат-
ковременная память) вплоть до разрешающего сигнала.
Поэтому существенный интерес представляют процессы коди-
рования главного информативно значимого компонента програм-
мы — условного сигнала, который определяет направление буду-
щего двигательного акта. Рассмотрим особенности отражения
пространственных признаков сигналов нейронами лобной и те-
менной коры обезьян. В лобной коре особое внимание было
привлечено к средней трети главной борозды, которая рассмат-
ривается как фокус кратковременной пространственной памяти.
Нами [Батуев, 1981] показано, что 25% нейронов лобной
коры дают четкие различия по средней частоте разрядов и 14%
по рисунку ответа в зависимости от пространственного поло-
жения сигнала (пространственно селективные нейроны). Одно-
временная запись активности нейронов лобной коры в симмет-
ричных пунктах правого и левого полушарий обнаружила, что
нейроны правого полушария на левый световой сигнал реаги-
руют импульсным разрядом, частота которого в 2 раза выше,
чем на ипсилатеральный правый сигнал. В левом же полуша-
рии средняя частота разрядов на правый сигнал в 1,8 раза
больше, чем на левый. Подобная зависимость активности нейро-
нов от пространственного местоположения условного сигнала
сохраняется и в период отсрочки. Сохраняется также и соотно-
шение активности нейронов в зависимости от их локализации
в правом или левом полушарии, а именно средняя частота
разрядов в период отсрочки при контралатеральном условном
сигнале в среднем в 2 раза выше, чем при ипсилатеральном.
Важно отметить, что описанные различия в нейронной актив-
ности лобной коры связаны именно с пространственными приз-
наками условного сигнала.
Исследование пространственного кодирования в теменной ко-
ре проводилось различными способами. Например, предъявля1
лись световые пятна в различных участках специального экра-
на. При этом обезьяна должна была фиксировать взглядом
Другую световую неподвижную мишень. Установлено, что боль-
шинство зрительно активируемых нейронов теменной коры имели
182
большие рецептивные поля, распространяющиеся на четверть
или половину поля зрения, контралатерального тому полушарию,
от которого производилась регистрация. Большая часть нейро-
нов лучше активировалась движущимися световыми пятнами.
Японские авторы (К. Кубота, X. Ники, Т. Ватанабе и др.)
обучали обезьян выполнять двигательные задачи с правым и ле-
вым зрительными сигналами и последующей отсрочкой. Они пока-
зали, что большинство клеток активируются при действии ус-
ловных сигналов и во время двигательного ответа, и назвали их
визуокинетическими. В поведенческой задаче обезьяна после окон-
чания отсрочки должна была для получения пищевого вознаграж-
дения нажать на правую или левую педаль в зависимости от
местоположения предшествующего условного зрительного сиг-
нала. Часть клеток обнаружили достоверные различия по форме
ответа (паттерн) и частоте импульсации в зависимости от того,
располагался условный сигнал справа или слева. Эти различия
сохраняются и в период отсрочки, т. е. являются отражением
процессов кратковременной пространственной памяти.
Финские физиологи (Ю. Хиваринен и X. Поранен) описали
нейроны в теменной коре, которые отвечали на прикосновение
к определенным частям тела обезьяны и на зрительные раздра-
жения, движущиеся вблизи этого же участка соматической по-
верхности.
Американские физиологи (В. Маунткасл, Г. Линч, Д. Робин-
сон) обнаружили в теменном поле 7 нейроны, активность которых
связана с саккадами глаз, слежением и фиксацией взгляда.
Причем саккадические нейроны разряжаются за 100—150 мс до
начала короткого броска глаз и через 70—100 мс после появле-
ния светового пятна., запускающего саккаду. Одни авторы пола-
гают, что главным фактором активации нейронов теменной коры
является сам зрительный стимул, а другие таковым считают
собственно центральную команду к смещению глазного яблока
в сторону нового зрительного объекта, представляющего интерес
для животного. Существует, например, гипотеза о том, что те-
менная кора обеспечивает моторные системы информацией о
пространственной локализации сигнала и вовлекается в органи-
зацию моторных действий к интересующей цели (Ю. Хиваринен).
Другие исследователи (В. Маунткасл) считают, что теменные
нейроны выполняют командную функцию для запуска движений
глаз и обеспечивают зрительное внимание в непосредственном
экстраперсональном пространстве. Наконец, третьи (X. Саката)
полагают, что нейроны, связанные с движениями глаз, участвуют
в анализе перемещений зрительных объектов, а нейроны, свя-
занные со зрительной фиксацией,— в анализе пространственной
локализации зрительного объекта, фокусирования объекта в глу-
бине пространства и в контроле направления зрительного вни-
мания.
IK3
Нетрудно заметить много общих моментов в кажущихся раз-
личными теоретических представлениях. Главное, с чем согла-
шаются многие авторы, — это связь теменной коры с обеспе-
чением процессов внимания в экстраперсональном пространстве.
Действительно, в опытах (В. И. Шефер, А. А. Орлов) от-
четливо показано, что в теменной коре обезьян содержится боль-
шее, чем в лобной коре, число пространственно селективных
нейронов. Их активность (в той же ситуации с отсроченным
имп/500мс
Прав. УС Отсрочка
Рис. 6.9. Гистограммы импульсной активности пространственно селективных нейро-
нов лобной коры при правильном и ошибочном нажатии на рычаг.
Слева — нейрон с различием в активности во время действия условных сигналов и в период
отсрочки, посередине — нейрон с различием в активности лишь при действии сигналов, справа -
лишь во время отсрочки
Видно, что ошибочному выполнению движения не предшествовали какие-либо изменения в ри-
сунке реакции нейронов,
пространственным выбором, какая использовалась для изучения
лобной коры) отчетливо зависит от местоположения условного
сигнала, определяющего направление будущего движения. Более
того, популяция таких пространственно селективных нейронов
оказывается неоднородной. У одних активность во время ус-
ловного сигнала и отсрочки зависит от местоположения сиг-
_ Лев. УС
I—I—I—ГЛ—Г—1—I—1—1—Г-1—1
2 4 6 8 10 с
184
нала и проявляется по-разному в случае правильного или ошибоч-
ного выполнения задачи (рис. 6.9). Другие нейроны четко раз-
личают местоположение сигнала, но не дифференцируют успех
или неуспех действия. Если в активности нейронов первой группы
каким-то образом' кодируется направление будущего движения
рукой к рычагу (заданное местоположением условного сигнала),
то активность нейронов второй группы зависит лишь от локали-
зации условного сигнала безотносительно к последующим дейст-
виям животного. Особый интерес могут представлять нейроны
лобной и теменной коры, различия в активности которых совпа-
дают лишь со временем действия условных сигналов (рис. 6,10)
и не распространяются на остальные этапы эксперименталь-
ной программы. Вероятно, такие «сенсорные» корковые нейроны
стоят на входе афферентного притока в кору.
Таким образом, лобная и теменная области неокортекса участ-
вуют в процессах кодирования сигнально значимой информа-
ции, а также в организации
животного.
Естественно, в подобного
рода исследованиях всегда
остается открытым вопрос о
месте возникновения тех им-
пульсных преобразований,
которые регистрируются от
корковых нейронов, стоящих
на самой «вершине» сложных
нейронных цепей. Для того
чтобы отселектировать ис-
тинно кортикальные меха-
низмы, необходимо провести
аналогичное исследование на
одном из нижележащих
уровней мозга, лучше непос-
редственно предшествующем
кортикальному. Для этой це-
ли проводилась одновремен-
ная регистрация нейронной
активности лобной коры и
медиодорзального ядра та-
ламуса, являющегося глав-
ным источником таламичес-
ких афферентных волокон в
лобную кору. В результате
установлено, что медиодор-
зальное ядро совершенно от-
личается по характеру своей
активности от лобной коры во все этапы поведенческой програм-
мы. Поэтому есть все основания считать, что рисунок актив-
предстоящих ответных
0, 7 2 3 4
бЛ | W/I -
О
ез
в;
О
%
3
действии
5
ШША ZZ'—I
W////A
9П
V/////A -I
1
Рис. 6.10. Сравнительное распределение
пространственно селективных нейронов
лобной и теменной коры обезьян (по Ба-
туеву) .
Цифры показывают процентное отношение к общему
числу пространственно селективных нейронов. Этапы
экспериментальной программы, 1 — предупреждаю-
щий сигнал; 2— период несдецифнчрского ожидании;
3 — условный сигнал, 4 — отсрочка; 5 — пусковой пе-
риод программы (открытие экрана, нажатие иа рычаг,
получение пищевого подкрепления).
8-1187
185
ности клеток лобной коры обязан своим возникновением именно
корковым нейронам и их связям.
Несколько иная картина возникает при сопоставлении актив-
ности клеток латеральной группы таламических ядер и теменной
коры, на которую эти ядра проецируются.' Во многих отно-
шениях между этими структурами обнаруживается сходство в ри-
сунках нейрональных разрядов в различные моменты эксперимен-
тальной программы (А. А. Орлов и др.). Поэтому те реакции,
которые возникают в нейронах теменной коры, могут быть резуль-
татом взаимосвязанной деятельности таламуса и коры, т. е. про-
дуктом активности целостной таламо-кортикальной ассоциатив-
ной системы.
6.3.2. Вероятные механизмы
кратковременной памяти
Обсуждаемая здесь поведенческая программа отсроченного
альтернативного выбора является по общему признанию наибо-
лее адекватным тестом для изучения механизмов кратковремен-
ной памяти. В экспериментальную ситуацию был введен период
специфического ожидания (отсрочка) пускового сигнала. Рас-
смотрим перестройки нейрональной активности последователь-
но для лобной и теменной областей коры. При этом важно
отметить, что каких-либо специфических изменений нейронной
активности моторной коры обезьян в период отсрочки не об-
наружено.
В лобной коре отмечены отчетливые реакции у 84% иссле-
дованных нейронов. На рис. 6.11 приведены основные типы реак-
ций нейронов в период 10-секундной отсрочки. Тип А представ-
ляет собой реакцию активации длительностью 1—2 с в на-
чальный период отсрочки. Тип Б с 2—3-секундной активацией в
середине отсрочки и с разбросом времени возникновения ±2 с.
Тип В характеризуется 1,5—2-секундной активацией перед пуско-
вым стимулом. Упомянутые типы волнообразной активности отме-
чены для 72% нейронов, причем иногда они наблюдаются одно-
временно при параллельной регистрации 2—3 нейронов одним
пучком микроэлектродов. На рис. 6.11, А—В демонстрируются
эти типы активности для нейронов, не обладающих выражен-
ными реакциями на предупреждающий и условный сигналы.
Средняя частота их импульсации в периоды активации повы-
шалась в 2—3 раза относительно фоновой.
Помимо указанных выделены нейроны со смешанным типом
реакции (рис. 6.11, Г и Д), которая состояла из 1—3 вспы-
шек активации на общем низкочастотном фоне.
Таким образом, все время отсрочки заполняется периодами
кратковременных вспышек импульсной активности разных нейро-
нов: или в начале отсрочки (тип А), или в середине (тип Б}, или
в конце (тип В), либо вспышек активности одних и тех же
нейронов (тип Г). И только 5% клеток находились в активирован-
ном состоянии весь период отсрочки (тип Д).
186
Создается впечатление последовательного вовлечения различ-
ных нейронных популяций в кратковременную активацию при
наличии незначительной группы клеток, стабильно активирован-
ных на протяжении всего периода отсрочки.
имп/20рмс
20-
Л
10-
oL-L-l.
Рнс. 6.11. Основные типы перестроек импульсной активности нейронов лобной
коры в период отсрочки (по Батуеву).
Стрелки указывают начало и окончание отсрочки, цифры — процентное соотношение нейронов.
Остальные обозначения в тексте.
Напомним, что импульсная активность большей части нейро-
нов лобной коры во время предъявления условного сигнала досто-
верно зависит от его пространственного местоположения. Поэто-
му важно было определить, сохраняются ли эти же различия
в период отсрочки. Оказывается, что 42% нейронов сохраняли
отличия в активности в период отсрочки при правом и левом
предъявлении условного сигнала. Из них 25% клеток показали
различия по частоте импульсации, а 17% — по рисунку актив-
ности. На рис. 6.12 представлены примеры отличий импульсной
активности одних и тех же нейронов во время действия услов-
ного сигнала и в период отсрочки при различном местополо-
жении сигнала. Видно, что различия в период 5-секундной отсроч-
ки выражаются в средней частоте импульсации, причем могут
187
достигать 9—10-кратной величины, а в период 10-секундной отс-
рочки выражаются различным временным расположением вспы-
шек импульсной активности после предъявления сигнала справа
или слева.
2 3
Левый.
Рис. 6.12. Различия в импульсной активности нейронов лобной коры левого
полушария в течение отсрочки при разном местоположении условного сигнала
(по Батуеву и др.).
Л — различия по рисунку импульсной активности; Б - по суммарной частоте за период отсроч-
ки Предъявления: / — предупреждающего сигналя; 2 и 3 — условного; 4 — пускового Осциллограммы
при предъявлении условного сигнала: а — справа, б — слева (получены при 10-кратном предъяв-
лении}.
Видно, что различия, обусловленные пространственным положением условного сигнала, сохра-
няются и на весь период отсрочки (пространственно селективные нейроны).
Причем для нейронов, зарегистрированных в правом полу-
шарии, средняя частота разрядов за период отсрочки после
левого (контралатерального) предъявления условного сигнала
была в 2 раза выше, чем при правом. Для нейронов левого
полушария это соотношение было обратным: частота разрядов
в период отсрочки после правого предъявления условного сиг-
нала в 2 раза выше, чем при левом.
Таким образом, отчетливо выявляется связь импульсной актив-
ности нейронов лобной коры в период отсрочки с процессами
удержания в краткосрочной памяти местоположения условного
сигнала. Это выражается не только в достоверном отличии сред-
ней частоты импульсации за период отсрочки после правого и
левого условных сигналов, но и в различии рисунков актив-
ности нейронов за этот период.
188
В отличие от периода неспецифического ожидания наличие
волнообразной активности в течение 10-секундной отсрочки от-
мечалось для 72% нейронов. В то же время незначительное
количество клеток (5%) поддерживали высокую импульсную
активность на протяжении всего периода отсрочки. На основа-
нии этих данных можно построить некоторую нервную модель,
предполагающую наличие замкнутой цепи корковых нейронов.
Так, нейроны, активирующиеся в начальный период отсрочки,
могут быть нейронами «входа», детектирующими информацию
о свойствах условного сигнала, далее следует передача возбужде-
ния по принципу эстафеты другим нейронным популяциям, каждая
из которых отдает аксоны к нейронам-сумматорам, и от послед-
них происходит передача задержанной таким образом информа-
ции на пусковые структуры. Вышеприведенные сведения по ор-
ганизации нейронных объединений в лобной коре обезьян (см.
гл. 1) могут служить структурной основой для анализа механиз-
мов внутрикорковой реверберации.
По-видимому, внутрикорковую реверберацию можно рассмат-
ривать как базовый механизм удержания в краткосрочной памяти
поступившей информации. Нечто подобное и отражается в раз-
личиях средней частоты, а также рисунков импульсной актив-
ности нейронов лобной коры в период отсрочки после предъяв-
ления условного сигнала справа или слева. Причем эти разли-
чия жестко связаны с локализацией регистрируемых нейронов
в правом или левом полушарии мозга. Пространственно селек-
тивные нейроны сохраняют специфические черты импульсации,
созданные условным сигналом, и в период отсрочки являются,
вероятно, теми самыми нейронами «входа», с которых начинается
волна эстафетных переключений.
В опытах Дж. Стамма и С. Розена электростимуляция лобной
коры лишь в том случае приводила к нарушению отсроченного вы-
бора, если применялась в начальный период отсрочки. Авторы
допускают, что начальная фаза формирования краткосрочной
памяти наиболее чувствительна к интерферирующим воздействи-
ям. В наших опытах в качестве такого интерферирующего агента
был использован ориентировочный рефлекс, связанный с отвле-
чением внимания, что привело к нарушению альтернативного
выбора и рисунка нейронного ответа. Это можно рассматривать
как последствия расстройства механизмов внутрикорковой ревер-
берации.
Следовательно, специфика внутрикорковой нейронной орга-
низации лобной коры обеспечивает ее непосредственное участие
в процессах краткосрочного хранения сигнально значимой ин-
формации, конвергирующей сюда по различным афферентным
каналам.
В теменной коре нейронов, которые перестраивают свою ак-
тивность в период отсрочки, в 2 раза меньше, чем в лобной.
Причем характер их импульсных реакций существенно отличается
189
от таковых в лобной коре. Если нейрон отчетливо пространст-
венно селективен, т. е. проявляет различие в импульсной актив-
ности на правый или левый световой условный сигналы, то это
различие сохраняется и в период отсрочки лишь по общей часто-
те импульсации. Иными словами, закодированный пространст-
венный признак условного сигнала сохраняется в активности
данной популяции теменных нейронов на протяжении всего вре-
мени отсрочки (от 5 до 20 с). Никакой волнообразной активности
эстафетного типа в теменной коре не регистрируется (рис. 6.13).
А теперь вновь обратимся к рис. 6.10, во второй строке диаграм-
мы которого представлены нейроны, проявляющие пространст-
венную селективность лишь в период отсрочки и утрачиваю-
Ле8. УС |
о ^IkillihlillHllii,lii,liiliilllihll.bilii.iiiiii.il.„iinilllihi.il.iii,slli |
Рис. 6.13. Гистограммы импульсной активности пространственно селективного ней-
рона теменной коры при различных длительностях отсроченного периода (по
Шеферу).
Объяснение в тексте.
щце ее в последующие этапы выполнения поведенческой прог-
раммы. Если «сенсорные» нейроны стоят на входе сложных ней-
ронных кортикальных цепей и лишь описывают сенсорные приз-
наки сигнала, то следующая популяция клеток может быть наз-
вана нейронами кратковременной памяти. Ве-
роятно, именно эти нейроны принимают соответствующую актива-
цию от первой популяции сенсорных нейронов и удерживают
информацию на протяжении всего периода отсрочки.
190
Чтобы понять такие различия между механизмами краткосроч-
ной памяти в лобной и теменной коре, обратимся вновь к осо-
бенностям нейронной организации последней. Напомним, что пре-
обладающим типом нейронов теменной коры являются отчет-
ливо послойно расположенные крупные и средние пирамиды.
Корковые модули типа нейронных ловушек (характерные для
лобной коры) здесь не выявлены. Более того, как отмечалось
выше, имеются экспериментальные данные, позволяющие предпо-
лагать, что рисунок нейронной активности теменной коры в значи-
тельной мере обусловлен взаимосвязанной работой таламичес-
кого и кортикального уровней единой таламо-париетальной сис-
темы.
Исходя их этих предпосылок, выдвинуто представление о том,
что сохранение в период отсрочки импульсной активности прост-
ранственно-селективных нейронов теменной коры обусловлено
импульсной реверберацией по длинным таламо-кортикальным
кольцам прямой и обратной связи. Это предположение согла-
суется с взглядами Дж. Экклса (1981) о вовлечении крупных
корковых пирамид V—VI слоев в длительную таламо-кортикаль-
ную реверберацию. Вспомним, что применительно к лобной коре
было высказано предположение о преобладании там внутрикор-
ковой реверберации по замкнутым нервным кольцам. Следова-
тельно, можно допустить, что участие различных корковых об-
ластей (в нашем случае лобной и теменной)- в процессах кратко-
временной памяти может базироваться на механизмах ревербе-
рации. Однако последние существенно отличаются друг от друга
размерами нервных колец, которые в свою очередь определяют-
ся конструкцией соответствующих нейронных модулей — ней-
ронные ловушки в лобной коре и вертикально организованные
объединения пирамидных клеток — в теменной.
Сравнительно давно выдвинуто было представление о том,
что основу процессов кратковременной памяти составляют нейро-
динамические процессы, вероятнее всего — реверберация нерв-
ных импульсов. Большое число косвенных данных [Шуранова,
1977] подтверждают наличие процессов внутрикорковой ревер-
берации, для которой описан соответствующий анатомический
субстрат. Механизм реверберации продолжает активно использо-
ваться для объяснения начальных этапов хранения энграмм.
Однако следует признать, что прямых экспериментальных данных
в пользу такого механизма памяти до сих пор не найдено.
Вероятно, процессы реверберации сами по себе весьма сложны
и неоднозначны по своим проявлениям, и нет необходимости
отказываться полностью от подобных механизмов, могущих быть
использованными для объяснения циркуляции импульсного пото-
ка в мозговых структурах и прежде всего в коре. Это в осо-
бенности актуально в связи с описанием в составе замкнутых
нейронных цепей в коре мозга тормозных интернейронов (см.
гл. 3). Удачная модель реверберационной цепи из двух ней-
191
ронов — возбуждающего и тормозящего создана В. Л. Эзрохи
(рецепторы растяжения — брюшная нервная цепочка ракообраз-
ных). Длительная циркуляция импульсов в цепи нейронов обеспе-
чивается как способом связи, так и состоянием самих нейро-
нов. Показана функциональная роль посттормозной реакции, ко-
торую она при наличии возвратного торможения играет в самоор-
ганизации следовых процессов. Механизм реверберации при на-
личии в его цепи возвратного торможения и при определен-
ных оптимальных условиях может обеспечивать хранение следов
в течение длительного времени [Русинов, 1969].
Эта схема может быть хорошо применима к коре больших
полушарий [Сторожук, 1974]. В главе 3 подробно описываются
начальные ТПСП корковых нейронов (афферентное торможение)
По-видимому, афферентный сигнал, пришедший в кору, возбуж-
дает одни нейроны быстрее всего (моно- и дисинаптически),
другие — тормозит, третьи — возбуждает и тормозит через поли-
синаптические межнейронные переключения (рис. 6.14). Следовые
процессы развиваются также неодинаково. Нейроны с поздним
вовлечением в реакцию и слабой выраженностью торможения
слабо проявляют и следовые реакции. Нейроны с ранним отве-
том в форме возбуждения или торможения более склонны к гене-
рации следовых разрядов.
Таким образом, участие тор-
мозных интернейронов в соста-
ве многоэлементных внутрикор-
ковых цепей способствует более
длительному хранению следов и
поддержанию циркулирующей
активности.
Рис. 6.14. Схема функциональной орга-
низации соматической коры (по Сторо-
жуку, 1976).
Участки; А — начального торможения, Б — пря-
мой проекции; В — вторичной активации. Внизу
показана организация коры в участке прямой про-
екции; / — нейрон пирамидного тракта с быстро-
проводящим аксоном и 2 медленнопроводящнм
аксоном; 3 — тормозящий нейрон афферентного
входа и 4 — эфферентного выхода; 5 — вставоч-
ный возбуждающий нейрон. Синапсы- возбуждаю-
щие — стрелки, тормозящие — точки Пунктиром
обозначены наименее прочные связи данной облас-
ти коры, сплошной линией — прочные таламо-
корковые связи.
6.3.3. Нейрофизиологические корреляты
центральных программ
Любой поведенческий акт, прежде чем быть осуществленным,
должен быть смоделирован в центральных аппаратах мозга. Мо-
дель, или программа, поведенческого акта определяет успех
192
действия, т. е. его соответствие текущей мотивации и пространст-
венно-временным параметрам окружающей среды. Мы полагаем,
что в основе поведенческого акта лежит доминирующая моти-
вация, складывающаяся на основе преобладающей биологичес-
кой потребности. Именно доминирующая мотивация определяет
все последующие этапы планирования поведения. При этом надо
иметь в виду, что животные и человек оперируют в постоянно
и случайно меняющейся среде, которая характеризуется вероят-
ностными свойствами, т. е. высокой степенью энтропии. Поэто-
му одним из начальных этапов программирования движения
является извлечение полезной информации, которое складывает-
ся из оценки сигнальной значимости факторов среды и оценки
вероятностной структуры среды. Иными словами, превращение
реальной среды в актуальную на основе доминирующей мотива-
ции является определяющим этапом программирования поведе-
ния. Любое, даже очень сложное поведение в новой среде опира-
ется на прежний жизненный опыт животного, записанный в его
долгосрочной (генетической или онтогенетической) памяти. Гото-
вое поведенческое решение или рефлекторные навыки представ-
ляют собой сложные сенсомоторные комплексы, т. е. жесткие
программы, актуализация которых достигается благодаря доми-
нирующей мотивации и под влиянием сигнально значимых факто-
ров среды. Последовательность использования жестких программ
для формирования нового поведенческого акта определяется ве-
роятностной структурой среды. Таким образом, программирую-
щая деятельность мозга заключается в создании центральной
организации поведенческого акта на основе доминирующей моти-
вации, прошлого жизненного опыта и в соответствии с вероят-
ностной структурой среды. Следовательно, энграмма памяти
строится с учетом всех трех факторов, и степень адекватности
такой энграммы может быть оценена по ее прогнозирующим
свойствам. Энграмма памяти — это ни в коей мере не слепок,
копия или модель окружающего мира, но такое проявление
деятельности мозга, где в очень тесную взаимосвязь поставлены
процессы долговременной и кратковременной памяти.
Вернемся к анализу прежней экспериментальной ситуации
в опытах на обезьянах. Совершенно ясно, что для формирования
программы будущего движения наибольшее значение имеет пе-
риод действия условного сигнала, ибо в это время мозг полу-
чает наиболее важную сенсорную информацию, определяющую
успех будущего действия. Выше мы рассматривали, каким обра-
зом эта информация отражается в импульсной активности ней-
ронов лобной и теменной областей коры и сохраняется в течение
всего периода отсрочки, т. е. в механизмах кратковременной
памяти. Однако степень адекватности таких перестроек импуль-
сации корковых нейронов можно оценить лишь по конечному
результату, т. е. по успеху или неуспеху действия, в резуль-
тате чего животное получает или лишается пищевого подкреп-
ления.
Поэтому существенным приемом оказался ретроспективный
анализ импульсной активности нейронов в зависимости от того,
правильную или ошибочную реакцию совершило животное после
открытия экрана. Такой анализ оказался весьма информатив-
ным. Особый интерес представляло собой поведение простран-
ственно селективных нейронов лобной и теменной коры при пра-
вильном и ошибочном нажатии обезьяной на рычаг. В обеих
корковых областях были найдены нейроны, активность которых
зависела не только от пространственного местоположения услов-
ного сигнала, но и от конечного результата действия.
Среди пространственно селективных нейронов лобной и те-
менной коры выявлена популяция клеток, которые обнаруживают
это свойство лишь после открытия экрана, т. е. в пусковой
период, когда животное может осуществить выбор и целена-
правленное движение (см. рис. 6.10, 3-я строка). Эти клетки на-
званы нейронами моторных программ. Вероятно,
они получают импульсацию от нейронов памяти и связаны с извле-
чением из долговременной памяти и реализацией соответствую-
щего моторного акта нажатия на правый или левый рычаг.
В незначительном числе на рис. 6.10 (4—6 строка) представ-
лены смешанные типы нейронных популяций. Одна из них спе-
цифична лишь для нейронов лобной коры — это пространственно
селективные нейроны, которые описывают пространственное место-
положение сигнала, сохраняют эту информацию в период отсроч-
ки и вплоть до реализации соответствующего двигательного акта.
Они названы нейронами сенсомоторных прог-
рамм. Представляется логичным допустить существование
достаточно жестких форм программирования двигательной дея-
тельности, при которой сенсорный сигнал сразу вписывается в
уже готовую конструкцию сложного сенсомоторного синтеза, вы-
работанного в процессе предварительной условнорефлекторной
тренировки. Именно к этим нейронам применен прием ретро-
спективного анализа их импульсной активности. В конечном
счете эффект действия зависит от того, насколько адекватной
была его предварительно сформированная программа.
На рис. 6.15 приведен пример активности двух таких нейро-
нов. Видно четкое различие рисунка активности обоих нейро-
нов на правый и левый условные сигналы, которое сохраняет-
ся на протяжении отсрочки. В результате правильного выбора ры-
чага животное вознаграждается пищевым подкреплением. Если же
рисунок импульсной активности хотя бы на один из сигналов
извращен, последующее движение животного оказывается невер-
ным и не подкрепляется пищей. Значит, правильному выбору
рычага должна предшествовать совершенно определенная по вы-
раженности и рисунку разница в импульсной активности одного
и того же нейрона на правый и левый условные сигналы. Если
это различие либо отсутствует (рис. 6.15, справа), либо имеет
иной рисунок (рис. 6.15, слева), можно предсказать возникнове-
19 I
ние ошибочного двигательного ответа. На рис. 6.15 (слева) также
видно, что рисунок импульсной активности при нажатии по лево-
му сигналу на левый рычаг (правильный выбор) сходен с ри-
Рис. 6.15. Зависимость импульсной активности пространственно селективных ней-
ронов от направления будущего двигательного ответа животного (по Шеферу).
Объяснение в тексте,
сунком активности того же нейрона при нажатии по правому
сигналу на левый рычаг (неправильный выбор). Это и не удиви-
тельно, ибо в обоих случаях активируется одна и та же сен-
сомоторная программа, связанная с одним и тем же вектором
движения.
195
VII
3
Рис. 6.16. Типы (I—VII) импульсной активности нейронов лобной коры, участ-
вующих в оценке эффективности выполненного действия (по Шеферу)
Цифры справа — процентное отношение данного типа реагирования нейронов к общему числу
исследованных. Растровые осциллограммы', слева — при ошибочных нажатиях, справа — при правильных
нажатиях и наличии подкрепления. Вертикальная линия — момент нажатия на рычаг.
Сравниваются реакции одного и того же нейрона, которые существенно различаются после нажа-
тия на рычаг, после чего либо следует подача пищи и ее захват, либо нет
196
Таким образом, уже в рисунке импульсных ответов неко-
торых корковых нейронов содержится в закодированной форме
будущая поведенческая программа. Конечно, дальше осторожных
корреляций на основании подобных экспериментов идти нельзя,
ибо подобные импульсные перестройки — это лишь одна из сторон
сложнейших процессов программирующей деятельности мозга.
Адекватность поведенческой реакции должна быть оценена
самими мозговыми системами и отмечена в характеристиках
их нейронной активности. Применительно к лобной коре многие
авторы описывают так называемые нейроны подкрепления, т. е.
клетки, рисунок разряда которых специфически изменяется при
появлении пищевого подкрепления. Такие клетки найдены как в
лобной, так и в теменной коре (рис. 6.16). И это не удиви-
тельно, ибо две главные ассоциативные зоны — лобная и темен-
ная — оснащены прямыми и обратными связями со структурами
лимбической системы (эмоцио-мотивационными системами). На
рисунке приведено семь типов таких нейронов и их процент-
ное соотношение. Видно, что после правильного нажатия на
рычаг, вслед за которым следует (справа) или при ошибоч-
ном выборе рычага отсутствует (слева) пищевое подкрепление,
нейрон резко меняет свою импульсную активность. Оказывается,
эти же нейроны дают совершенно аналогичные различия в актив-
ности и без предварительного обучения животного, а лишь при
появлении в поле зрения какого-либо пищевого агента. Причем
показана стабильность или даже усиление нейронного разряда
при предъявлении животному биологически значимых пищевых
агентов и, наоборот, угасание активности того же нейрона при
предъявлении индифферентных предметов.
Все это побуждает отнести такие нейроны к специфическим
нейронам вида пищи, активация которых санкционирует
завершение или изменение поведенческой программы. Активность
таких нейронов прямо зависит от доминирующей мотивации
(в данном случае пйщевой). По мере насыщения животного
определенным видом пищевого подкрепления (хлебными шари-
ками) происходит постепенное снижение уровня активности та-
ких нейронов в лобной коре наряду с уменьшением процента
правильных реакций (рис. 6.17). Однако экстренная замена одно-
го вида пищи на другой (лесные орехи) восстанавливает харак-
тер активности этих нейронов и общий уровень условнорефлек-
торной деятельности.
Таким образом, определенный уровень доминирующей моти-
вации активизирует систему нейронов в ассоциативных областях
неокортекса, которая отмечает наличие пищевого подкрепления
и корректирует дальнейшую судьбу поведенческой программы.
197
6.4. ДИНАМИЧЕСКАЯ КОНСТЕЛЛЯЦИЯ
КОРКОВЫХ МОДУЛЕЙ
Выше мы обсуждали участие отдельных корковых нейронов
или целых модулей в формировании программы поведен-
ческого акта. Однако рассмотрение данных явлений с позиций
принципа доминанты А. А. Ухтомского требует анализа функ-
циональных взаимоотношений в пределах доминирующей констел-
ляции центров. Открытие явлений усвоения ритма,, продемонст-
рировавшего важное значение процессов синхронизации актив-
ности нейронов и усваивания ими ритмики стимуляции в фор-
fl 2 4 6 8 10 12 74 76 18
С
Рнс 6.17. Зависимость активности нейрона лобной коры и адекватности аль-
тернативного выбора от уровня пищевой мотивации (по Батуеву).
Сигналы: | — предупреждающий; 2 и 3 — условный, # — пусковой. Слева — диаграммы, показываю-
щие процент правильных реакций выбора (п=20); справа — иейронограммы и перистимульные гисто-
граммы (д—20), Л — исходный уровень мотивации (подкрепление морковью); В— постепенное насы-
щение животного; В — отказ от выполнения программы; Г—введение нового пищевого подкрепления
(лесные ореки).
Видно восстановление исходного уровня условнорефлекторной деятельности и импульсной актив-
ности нейрона.
мировании и репродукции доминирующих констелляций, побудило
исследователей обратить пристальное внимание на явления прост-
ранственной синхронизации электрических процессов мозга. Наи-
198
|В
более детально эти механизмы были разработаны М. Н. Лива-
новым (1972) и его учениками, в результате чего было пока-
1 зано, что синхронизация’в активности пространственно удален-
ных отделов мозга является непременным условием формиро-
вания условнорефлекторной связи или, иными словами, вовле-
чения различных структур в состав доминирующей констелля-
ции.
На примере рассмотренной экспериментальной модели целе-
направленного поведенческого акта у обезьян и с позиций мо-
дульной организации неокортекса проведем анализ взаимоотно-
шений модулей в разной степени пространственной удаленности.
Локальные межмодульные взаимоотношения. При одновре-
менной регистрации активности нескольких нейронов лобной коры
1 одним и тем же пучком микроэлектродов и последующем гисто-
логическом анализе расположения кончиков изучалась корреля-
ция импульсной активности пар нейронов из соседних корко-
вых модулей.
Результаты свидетельствуют о чрезвычайной сложности кор-
реляционных межмодульных отношений в пределах одной и той
< же зоны неокортекса. Однако процесс изменения корреляцион-
ных отношений четко связан с отдельными этапами эксперимен-
। тальной программы. Так, на включение предупреждающего сигна-
ла достоверно сопряженные изменения активности обнаружены
у 56% исследованных нейронов, а в первую секунду действия
условного сигнала у 66%. При этом основное внимание следует
обращать на период предъявления условного сигнала, когда
имеют место наиболее выраженные корреляционные отношения
между модулями. При этом необходимо подчеркнуть дифферен-
цированный характер такой корреляции, когда между одними
модулями взаимокорреляционные отношения не меняются, а меж-
ду другими — резко возрастают с извращением знака. Все это поз-
воляет думать о достаточно выраженной динамической специа-
лизации нейронных модулей, образующих некую функциональ-
ную мозаику (И. П. Павлов) с дифференцированным вовле-
чением в синхронную деятельность множества различных или
одинаковых корковых модулей.
Внутриполушарные взаимоотношения. Наиболее эффектив-
ным путем для изучения дистантных взаимоотношений различ-
ных корковых зон в процессе программирования и выполнения
поведенческого акта является одновременная регистрация актив-
ности нейронов из нескольких структур мозга. Впервые подоб-
ное исследование было выполнено В. И. Шефером и А. А. Ор-
। ловым на описанной модели на обезьянах. Естественно, что
в этих условиях подсчет коэффициентов корреляции не является
( адекватным приемом, поэтому проводится визуальный анализ
гистограмм рисунка активности нейронов. В одном и том же
левом полушарии анализировались пары одновременно зарегист
рированных нейронов из лобной и теменной коры. Оказа
199
лось, что половина всех нейронов имели сходный рисунок перест-
роек импульсной активности на разных этапах поведенческой
программы.
По-видимому, как в лобной, так и в теменной областях коры
имеются однотипные нейронные модули, которые одновременно
включаются в состав распределенной доминирующей констелля-
ции. Причем, время их вовлечения в такую констелляцию опре-
деляется моментом предъявления наиболее значимой сигнальной
информации (условный-сигнал). В то же время на предупреж-
дающий сигнал эти нейроны не реагируют. Последнее свиде-
тельствует о динамическом характере внутри полушарного взаимо-
действия, структурной основой которого могут быть длинные
теменно-фронтальные ассоциативные связи.
Межполушарные взаимоотношения. При одновременной ре-
гистрации нейронной активности из симметричных пунктов темен-
ных областей обоих полушарий установлено, что подавляющее
большинство нейронов в течение инструктивной части эксперимен-
тальной программы работали в совершенно различных режимах.
Однако при действии пускового сигнала (открытие экрана) они
формировали синхронный импульсный залп и обнаружили сходст-
во в своей импульсации на протяжении всего остального перио-
да (нажатие на ’рычаг, захват пищи, поднесение ее ко рту,
жевание). Таким образом, наиболее значимый в биологическом
отношении сигнал (открывание экрана), запускающий целена-
правленную двигательную реакцию животного, требует синхронной
деятельности одноименных корковых полей обоих полушарий.
В заключение рассмотрим специфику перестроек импульсной
активности нейронов, одновременно зарегистрированных из разно-
именных корковых зон противоположных полушарий. Большинст-
во нейронов на протяжении всей программы работали совер-
шенно по-разному, и даже открытие экрана не приводило к их
активации. Однако эти нейроны существенно увеличивали часто-
ту импульсации и переходили на синхронный режим работы
в связи с получением животными пищи и актом жевания. Иными
словами, нейронные модули из разноименных зон противополож-
ных полушарий вовлекались в состав динамической рабочей
констелляции лишь на завершающем этапе — при осуществлении
двигательного пищевого акта.
Таким образом, корковая динамическая констелляция наибо-
лее пластичных мозговых систем, коими являются ассоциатив-
ные системы мозга, складывается по ходу подготовки целенап-
равленного действия и достигает наиболее высокого уровня ин-
теграции к моменту его выполнения (рис. 6.18). Такая динами-
ческая констелляция и лежит в основе доминанты. А. А. Ух-
томский подчеркивал, что «векториальная определенность дви-
жения и является результатом доминанты» как скрытой преду-
готовленности организма к выполнению целенаправленного дейст-
вия.
200
6.5. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Раскрытие механизмов обучения и памяти — это главная за-
дача современной нейрофизиологии и нейрохимии. Только сочета-
ние методов и идеологии как той, так и другой науки явля-
ется наиболее перспективным путем для решения этой задачи.
Оригинальные подходы разработаны Е. Н. Соколовым (1981),
который выполнил модельные исследования на изолированном
нейроне моллюска. Им предложена следующая схема внутри-
клеточных механизмов ассоциативного обучения. Медиатор, пос-
тупающий на мембрану, действует на два типа белковых рецеп-
торов. Одни из них связаны с каналами натриевой проводимос-
ти и при взаимодействии с медиатором создают ВПСП. Другая
популяция молекул рецептивного белка с натриевыми каналами
не была связана. Под влиянием медиатора эти молекулы акти-
Рис. 6.18. Динамическая констелляция мозговых структур в процессе программи-
рования и выполнения целенаправленного движения (по Батуеву).
Этапы поведенческой программы: 1 - предупреждающий; 2—3 — условный; 4 — пусковой сигналы:
5 - пищевое подкрепление. Интеграция ассоциативных систем; 1 — внутриареальная, II — межареалъ-
ная; 111 — межполушарная; IV межполушарная, гетсроарсальная.
Предупреждающий сигнал приводит к установлению корреляции в активности нейронных модулей
в пределах отдельных ассоциативных зон коры, условный сигнал сопровождается установлением
синхронной деятельности нейронов лобной н теменной коры каждого полушария, пусковой сигнал
приводит к синхронизации в активности симметричных ассоциативных зон правого и левого полу-
шарий, момент пищевого подкрепления сопровождается синхронной работой разноименных ассоциатив-
ных зон нейронов обоих полушарий
вируются и под влиянием спайков (которые генерирует нейрон
при активации с другого синаптического входа прямого внут-
риклеточного антидромного раздражения) могут присоединить-
ся к натриевым каналам. В результате того, что часть молекул
рецептивного белка под влиянием спайков присоединила натрие-
вые каналы, последующее действие медиатора оказывается более
эффективным, так как число вовлекаемых каналов увеличивается
и соответственно возрастает амплитуда ВПСП. Таким образом
201
локальный участок хемочувствительнои постсинаптическои мемб-
раны увеличивает эффективность последующего действия ме-
диатора. Фактор подкрепления играет решающую роль в ассоциа-
тивном обучении.
X. Матисс (1979) полагает, что повторная активация синап-
сов во времени стимуляции вызывает кратковременные конформа-
ционные перестройки постсинаптических мембран, повышающие
синаптическую проводимость. Если в течение этого времени к ней-
рону поступают «безусловные» влияния, опосредуемые моноами-
нергическими системами, то включается цепь внутриклеточных ме-
таболических процессов с участием циклических нуклеотидов.
В ходе этих процессов синтезируются полипептиды или белки.
Они взаимодействуют с белками постсинаптических мембран, под-
вергшихся в ходе сенсорной (условной) стимуляции конформа-
ционным перестройкам, и стабилизируют эти изменения. В ре-
зультате нейрон приобретает набор синаптических входов повы-
шенной эффективности, обеспечивающий его участие в составе
энграммы (рис. 6.19).
Р. И. Кругликов (1981)
Рис. 6.19. Механизмы стабильного повы-
шения эффективности синаптической пере-
дачи (по Матиссу).
1 холннергичрсклй медиатор, вызывающий обра-
тимые конформационные изменения субсинаптичсскон
мембраны, 2—моноачнисргмчсскнн медиатор, акти-
вирующий нуклсотидцикллзу.3 — циклические нукле-
отиды; 4 — активированные протекнкиназы; 5 — акти-
вация генетического аппарата и изменения синтеза
РНК; 6 — изменения синтеза белков (глико— протеи-
дов); 7 — включение вновь синтезированных бед ков
холимзргическн.м медиатором изменений субситыпти-
ческой мембраны.
полагает, что холинергичес-
кие механизмы мозга обеспе-
чивают информационную со-
ставляющую процесса обуче-
ния. Роль же моноаминерги-
ческих систем мозга сводится
к обеспечению подкрепляю-
щих и эмоционально-мотива-
ционных составляющих про-
цесса обучения и памяти.
Причем холинергическая си-
стема находится под модули-
рующим влиянием моноами-
нергической системы. Стиму-
ляция норадренергических
механизмов перестраивает
хемореактивные свойства,
которые при определенных
условиях могут закреплять-
ся, обеспечивая создание
и сохранение многонейрон-
ной констелляции — энграм-
мы. Разнообразные гипотезы,
усматривающие в изменени-
ях метаболизма нуклеиновых
кислот и белков основной ме-
ханизм перестройки хеморе-
активных свойств мембран
нейронов, опираются, хотя и
202
с учетом эндогенной регуляции чувствительности мембран, на ак-
тивность нейромедиаторов. Таким образом, много аргументов в
пользу признания того, что в основе одного из механизмов воз-
никновения связи между нейронами лежит возрастание
синаптической эффективности.
В последние годы пристальное внимание исследователей об-
ращено на механизмы центрального торможения, в частности
внутрикоркового торможения. Рассматривая нейрон с множест-
вом его входов в составе сложнейших многонейронных конструк-
ций, коими являются нейронные модули, включающие множество
тормозных интернейронов, наряду с вышеописанным механизмом
локального облегчения синаптической эффективности следует
признать существование одновременно работающего механизма
подавления синаптических входов. Оба вышеука-
занных механизма работают сопряженно, и облегчение синапти-
ческой эффективности в определенных локусах постсинаптичес-
кой мембраны сопровождается торможением прочих афферент-
ных входов, конвергирующих на один и тот же нейрон. Сле-
довательно, постсинаптическая мембрана представляет собой
сложную динамическую мозаику возбужденных и заторможенных
локусов, которые, будучи сочетанными во времени с активацией
моноаминергического механизма, фиксируются, обеспечивая вов-
лечение нейрона в состав новой динамической констелляции ней-
ронных модулей.
Ч. Вуди показал, что при типичной ситуации обучения у не-
наркотизированных кошек в постсинаптической клетке изменяет-
ся сопротивление мембраны, которое сохраняется в течение не-
дель и сопровождается устойчивым увеличением возбудимости
клеток. Н. П. Бехтерева также обнаружила на целом мозге
при формировании искусственных связей при электростимуля-
ции мозговых структур устойчивое падение импеданса между
ними. Такие наблюдения позволяют допустить, что одним их
механизмов создания пространственно организованной динами-
ческой констелляции корковых модулей является регулирование
сопротивления постсинаптических мембран нейронов тех модулей,
которые вовлекаются в такую констелляцию. Длительное сохране-
ние этих изменений свойств мембран, а следовательно, связей
между отдельными нейронными модулями обеспечивается регули-
рующей ролью циклических нуклеотидов нейронов.
Заключение
ФАКТЫ. ГИПОТЕЗЫ. ПЕРСПЕКТИВЫ
Нейрональный и синаптический подход к проблеме пластич-
ности и стабильности в неокортексе даже в настоящее время
еще достаточно молод, поэтому преждевременно ждать формули-
рования завершенных концепций о принципах организации нео-
кортекса. Опираясь на тот экспериментальный материал, который
изложен в книге, можно наметить лишь некоторые отправные
тенденции.
Одной из основных является представление о модульной орга-
низации неокортекса, к которому сегодня склоняется большинство
исследователей. Есть все основания полагать, что структурной
единицей неокортекса является микросистема тесно контакти-
рующих между собой пирамидных нейронов. Такие контакты,
а также участвующие в составе модуля звездчатые элементы,
создают предпосылки для синхронного вовлечения всех элементов
и формирования эфферентного импульсного залпа. Подобное
объединение можно рассматривать в качестве жесткого струк-
турного элемента организации коры мозга, формирующегося в
пренатальном онтогенезе. При этом, однако, нельзя забывать
и о различном характере проявления этого принципа в орга-
низации разных полей коры мозга и у разных животных. Не
будем забывать также, что мы ограничили в основном рассмот-
рение данного принципа сенсомоторной корой у кошек. Послед-
нее позволило, с одной стороны, проанализировать его более
углубленно, но с другой — создало ему известные ограничения
и опасность широкой экстраполяции.
Вышесказанное касается в первую очередь вопроса об аффе-
рентном снабжении структурного модуля. В отличие от подоб-
ных модулей в сенсорных проекционных полях коры, где пока-
зан их мономодальный характер, для сенсомоторной коры почти
всем модулям свойственна широкая конвергенция гетеросенсор-
ных влияний. Причем все элементы одного модуля (идентифи-
цированные нейроны пирамидного тракта, кортико-рубральные
нейроны и интернейроны) получают сравнительно одинаковый
204
набор афферентных входов. Но даже в пределах сенсомотор-
ной коры, учитывая принцип соматотопии, характер мультисен-
сорной конвергенции оказывается существенно различен. В связи
с этим важно обсудить, хотя бы фрагментарно, сам принцип
соматотопии в коре головного мозга. Из приведенных данных
следует, что топографическое распределение соматических проек-
ций разных участков тела на кору только в своей части (и может
быть незначительной) определяется анатомическими закономер-
ностями. Гораздо более важную роль выполняют функ-
циональные механизмы, в которых определяющую роль выпол-
няет торможение. Подразумевая многоуровневую организа-
цию тормозных механизмов, ограничимся анализом внутрикорти-
кального торможения. Сегодня в распоряжении исследователей
имеются все морфологические, нейрофизиологические и нейрохи-
мические предпосылки для рассмотрения торможения в самом
неокортексе. Более того, создается впечатление о том, что на
этом уровне головного мозга торможение наиболее разнообраз-
но по своим характеристикам (временным, пространственным,
химическим и пр.) и опосредуется весьма широким набором
тормозных интернейронов. Важно отметить, что эти свойства нео-
кортекса оказываются сформированными лишь к месячному воз-
расту самостоятельной жизни. Именно этот критический этап
знаменуется завершением созревания корковых тормозных интер-
нейронов и завершением подрастания к сенсомоторной коре необ-
ходимого набора таламических афферентов. И главное, к этому
этапу постнатального онтогенеза завершается организация сома-
тотопического представительства в сенсомоторной коре.
Естественно допустить, что именно тормозные механизмы не-
сут основную ответственность за формирование тонкой сомато-
топии в неокортексе в динамике постнатального онтогенеза. Спра-
ведливость такого предположения подтвердилась эксперимента-
ми, которые показали, что и у взрослых животных степень локаль-
ности афферентных проекций туловища и конечностей к корково-
му модулю определяется интенсивностью внутрикортикального
латерального торможения. Значит, последнее есть основание рас-
ценивать в качестве определяющего фактора пластичности со-
матических афферентных входов к кортикальным структурным
модулям. При этом отчетливо видно, что диапазон пластических
преобразований в пределах сенсомоторной коры по мере соз-
ревания мозга снижается, и грубые соматические проекции у
взрослых животных оказываются уже относительно закреплен-
ными. И гомонимные по отношению к соматическим входам
структурные выходы могут быть дистрибутивно распределены
в пределах обширного топографического поля коры. Поэтому
нет ни фактических, ни логических оснований допускать сущест-
вование стабильных узколокальных проекций в пределах сенсомо-
торной коры. Эксперименты, на которых строятся допущения
о наличии подобных стабильных проекций в коре, не имеют
205
доказательств об отсутствии таковых в других участках сен-
сомоторной коры.
Более того, многочисленные данные свидетельствуют о том, что
нейронные модули сенсомоторной коры являются местом кон-
вергенции широкого набора гетеросенсорных входов. Не будем
обсуждать вопрос о том, по каким путям конвергируют теле-
цептивные влияния к элементам сенсомоторной коры. Укажем
лишь, что специфическая соматическая импульсация может высту-
пать в роли фильтра, определяющего спектр конвергирующих
в данный участок коры других сенсорных модальностей. Более
существенной нам представляется проблема оценки физиоло-
гической значимости такой мультисенсорной конвергенции имен-
но в сенсомоторную кору. Сегодня на этот вопрос можно от-
ветить с большой определенностью, а именно — сюда конверги-
руют те компоненты сенсорной информации, которая является
жизненно важной для животного. Иными словами, это инфор-
мация либо о биологической значимости сигнала (в случае, на-
пример, видоспецифической акустической коммуникации), либо
о его временной сигнальной значимости, приобретенной в порядке
выработки условного рефлекса. Индифферентные же стимулы
сопровождаются лишь кратковременными ответными реакциями
элементов сенсомоторной коры, которые обладают свойством быст-
рой габитуации. Иными словами, они ведут себя подобно зако-
номерностям ориентировочного рефлекса.
Следовательно, во всех случаях мы сталкиваемся с пробле-
мой сенсомоторной интеграции, в которой структурный корковый
модуль выступает в качестве элементарной сенсомоторной еди-
ницы. Важно отметить, что принципиального различия между
отдельными модулями сенсомоторной коры по характеру кон-
вергирующих к ним телецептивных влияний не обнаружено. Од-
нако такие различия создаются закрепленным в ходе онтогенеза
характером соматической сенсорной проекции и адресатом эффе-
рентного кортикального выхода для отдельного модуля. Мы уже
обсуждали вопрос о возможности существования локального мо-
торного выхода от одного модуля сенсомоторной коры и склонны
были допустить, скорее всего, существование дистрибутивно орга-
низованной системы корковых модулей, выходы которых конвер-
гируют на разных уровнях ствола и спинного мозга, обеспе-
чивая управление деятельностью определенной мышечной группы.
Эксперименты с использованием внутрикорковой микростимуля-
ции одного или нескольких близлежащих модулей и регистра-
цией активности преимущественно одной двигательной единицы
не отвергают правомерность вышеизложенного предположения.
Следовательно, экспериментально обнаруженная корковая миото-
пия может рассматриваться с позиций валентности данного мо-
дуля в пределах дистрибутивно организованной системы гомо-
нимных корковых модулей.
206
Сегодня еще нет точных данных о том, как образуется такая
система. Однако отдельные разрозненные сведения, приведенные
нами, а также могущие быть найденными в литературе, сви-
детельствуют о том, что подобная дистрибутивная система кор-
ковых нейронных модулей является частью сформированных в
раннем онтогенезе более обширных общецеребральных систем.
По-видимому, основой их формирования являются рано созре-
вающие таламо-кортикальные соматические проекции и несколь-
ко позже организующиеся кортико-фугальные тракты. Создаются
относительно стабильные функциональные системы, включающие
и системы кортикальных модулей, для обеспечения координиро-
ванного управления определенной частью скелетно-мышечного
аппарата (принцип общего пути Ч. Шеррингтона). И прежде
всего — это дистальные участки передних конечностей, органы
головы и в меньшей степени — дистальные отделы задних конеч-
ностей.
Координированное вовлечение этих корковых систем в целост-
ную деятельность мозга определяется текущей мотивацией и конк-
ретной двигательной программой, направленной на удовлетво-
рение этой мотивации. Данная программа, чтобы быть адап-
тивной, должна учитывать все сигнально значимые компоненты
внешней среды, относительно которых совершается указанное
целенаправленное движение, т. е. строиться на принципе мульти-
сенсорной конвергенции. По-видимому, проекция телецептивных
входов на модулях сенсомоторной коры должна носить срав-
нительно диффузный характер, чтобы адресоваться к различным
пространственно разнесенным гомонимным корковым модулям.
В результате сочетания всех вышеприведенных факторов в неокор-
тексе создается доминирующая рабочая констелляция (по
А. А. Ухтомскому), обеспечивающая координированное управле-
ние данной частью скелетно-мышечного аппарата в структуре
двигательного акта.
Относительно стабильные констелляции модулей базируются
как на синергичных, так и на антагонистических межмодуль-
ных взаимоотношениях и обеспечивают высокую динамичность
их вовлечения в самые разнообразные рабочие констелляции.
Таким образом, как отдельный модуль, так и элементарные
системы модулей являются полифункциональными, участвуя в раз-
личных актах сенсомоторной интеграции. А взаимоотношения
между модулями в пределах рабочей констелляции могут носить
как относительно стабильный, так и весьма подвижный характер.
Картина несколько усложняется, когда мы переносим наши
рассуждения на более высокий уровень организации мозга, прису-
щий приматам. Приведенные данные позволяют считать, что во
фронтальных отделах неокортекса наряду с обычно рассмат-
риваемым структурным модулем типа колонки или цилинд-
ра существует принципиально новый тип коркового струк-
турного модуля, имеющий форму замкнутого круга. Последний
207
образуется возвратными аксонами пирамидных и звездчатых ин
тернейронов верхних слоев коры и, по-видимому, включает в свой
состав как возбуждающие, так и тормозные элементы, в пре-
делах замкнутой системы которых импульсации может испыты-
вать довольно длительную внутрикорковую реверберацию. Пос-
леднее мы рассматриваем в качестве одного из механизмов крат-
ковременной памяти, т. е. того встроенного временного звена,
который позволяет расставить во времени момент прихода к кор-
ковым элементам сенсорной информации и формирования эф-
ферентной исполнительной команды. Таким образом, механизмы
сенсомоторной интеграции приобретают существенное дополне-
ние в виде внутрикорковых нервных колец, обеспечивающих
реверберацию импульсного потока до момента его переклю-
чения на эфферентные корковые модули. А в связи с тем, что
и «кольцевые» и «колончатые» модули по набору своих афферент-
ных входов оказываются мультисенсорными, то легко можно
предположить, насколько универсальны эти нервные кольца для
сохранения различного вида информации.
Как легко можно было заметить (см. гл. 4), одни и те же
нейроны (а точнее, нейронные модули) участвовали в различ-
ных актах сложной поведенческой программы с альтернативным
отсроченным выбором, т. е. были полифункциональными. Послед-
нее отражает чрезвычайно высокую пластичность их связей и
функциональных возможностей, которая до сих пор не описана
для нейронных модулей сенсомоторной коры кошек.
Естественно, что мы не будем искать прямых эфферентных
выходов от фронтальной коры обезьян к двигательным аппа-
ратам ствола и спинного мозга, отнеся эту функцию к пре-
центральной извилине (в моторной коре), которая вовлекается
в активную деятельность в момент реализации запрограммирован-
ного движения. Применительно же к фронтальной и теменной
коре вновь сталкиваемся со справедливостью высказанного вы-
ше положения о наличии двух типов мультисенсорной конвер-
генции: стабильной и лабильной. Последнее всецело определяет-
ся релевантностью тех или иных воздействий внешней среды
по отношению к доминирующей мотивации и программе движений
по ее удовлетворению. Поэтому в самой общей форме можно ска-
зать, что при прочих равных условиях свойства стабильности
и пластичности неокортекса (и тем более его фронтальных от-
делов) определяются характером и степенью выраженности те-
кущей мотивации.
Мы отдаем себе отчет в полемичности и гипотетическом ха-
рактере вышеизложенных соображений, а также их фрагментар-
ности. Однако представляется, что структура сенсомоторной ко-
ры является удобной для обсуждения общих свойств неокор-
текса в связи с возможностью увязываться с различными фор-
мами сенсомоторной интеграции. Рассматривая неокортекс как
этаж мозга, тесно связанный с его другими образованиями, мы
208
полагаем, что его высокая пластичность обеспечивает процесс
непрерывного формирования различных доминирующих рабочих
констелляций из стабильных нейрональных модулей (блоков),
компонентный состав которых и характер дистрибутивности зада-
ется доминирующей мотивацией и центральной двигательной прог-
раммой.
В заключение позволим себе рассмотреть некоторые зако-
номерности формирования этих рабочих констелляций или, иными
словами, энграмм, С учетом современных идей молекулярной
биологии в логике вышеизложенного о модульном принципе орга-
низации неокортекса речь должна идти о механизмах «сборки»
корковых модулей, вовлеченных в рабочую динамическую конс-
телляцию. Учитывая возможность связей модулей по верхнему
плексиморфному слою коры с помощью горизонтального ветвле-
ния апикальных дендритов и по глубоким слоям коры с по-
мощью горизонтальных коллатералей аксонов пирамидных ней-
ронов, в обсуждении должны быть приняты во внимание аксо-
дендритические и дендро-дендритические связи с апикальными
и базальными дендритами пирамид, которые в основном уста-
навливаются с их дендритными выростами — шипиками. Это наи-
более пластичное подвижное соединение между нейронами может
быстро менять эффективность синаптической передачи. Если
представить себе, как думают многие авторы, что количество
самих шипиков и синапсов на них увеличивается в онтогенезе
и прямо зависит от накопления опыта, т. е. от образования
энграмм памяти, то их использование по поводу новых поведен-
ческих задач и в составе новых обширных констелляций должно
подразумевать наличие соответствующих механизмов. Мы пола-
гаем возможным допустить, что синаптическое соединение с ши-
пиком является, с одной стороны, структурно достаточно ста-
бильным (сохраняет свою целостность при центрифугировании
в пределах синаптосомальной фракции), с другой — функциональ-
но весьма подвижным. Последнее может достигаться с помощью
механизма изменения диаметра ножки шипика, который в свою
очередь меняет сопротивление для распространяющихся по нему
постсинаптических местных потенциалов. Последнее может обес-
печиваться наличием контрактильного аппарата в ножке шипика,
который представлен молекулами актомиозина. Активация послед-
них может возникать при высвобождении кальция из депо, в ка-
честве которого может выступать содержащийся в головке шипи-
ковый аппарат — эндоплазматический ретикулюм. Быть может,
высвобождение ионов кальция происходит при действии медиа-
тора на постсинаптическую мембрану. Сокращение молекулы
актомиозина приводит к укорочению и утолщению ножки шипи-
ка и снижению сопротивления, в результате чего местный пост-
синаптический потенциал эффективнее достигает ствола дендри-
та и суммируется с другими постсинаптическими потенциалами.
209
Таким образом, ближайшая задача исследователей мозга сос-
тоит в изучении нейроморфологических и нейрохимических ме-
ханизмов, их взаимоотношений, молекулярных и ультраструк-
турных основ интеграции нейронов и нейронных модулей. Все это
позволит приблизиться к пониманию механизмов формирования
и хранения в памяти динамической констелляции корковых мо-
дулей, обеспечивающих адаптивное выполнение целостных пове-
денческих актов.
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
Адрианов О. С. О принципе организации интегративной деятельности мозга.
М.: Медицина, 1976.
Анохин П. К. Биология и нейрофизиология условного рефлекса. М.: Ме-
дицина, 1968.
Асратян Э. А. Очерки по физиологии условных рефлексов. М.: Наука, 1970.
Бабминдра В. П., Брагина Т. А. Структурные основы межнейронной ин-
теграции. Л.: Наука, 1983.
Батуев А. С. Кортикальные механизмы интегративной деятельности мозга.
Л.: Наука, 1978.
Батуев А. С. Высшие интегративные системы мозга. Л.: Наука, 1981.
Батуев А. С., Куликов Г. А. Введение в физиологию сенсорных систем.
М.: Высшая школа, 1983.
1978^аГ^ев С' Г™1™ R Мозг и организация движений. Л.: Наука,
Беритов И. С. Структура и функции коры большого мозга. М.: Н;п ка,
1969.
Бехтерева Н. П. Здоровый и больной мозг человека. Л.. Наука, 1980.
Боголепов Н. Н. Ультраструктура синапсов в норме и патологии. М.: Меди-
цина, 1975.
Василевский Н. Н. Нейронные механизмы коры больших полушарий. Л.:
Медицина, 1968.
Воронин Л. Л. Пластичность головного мозга. Тбилиси; Мецииереба, 1982.
Гасанов У. Г. Системная деятельность корковых нейронов при обучении.
М.: Наука, 1981.
Заркешев Э. Г. Нейронные механизмы корковой интеграции. Л.: Наука,
1980.
Карамян А. И. Функциональная эволюция мозга позвоночных. Л.: Наука,
1970.
Карамян А. И. Эволюция конечного мозга позвоночных. Л.: Наука, 1976.
Кенделл Э. Клеточные основы поведения. М.: Мир, 1980.
Коган А. Б. Функциональная организация нейронных механизмов мозга.
Л.: Медицина, 1979.
Костюк П. Г. Физиология центральной нервной системы. Киев.: Вища
школа, 1977.
Котляр Б. И. Механизмы формирования временной связи. М.: Изд-во Моск,
ун-та, 1977.
Котляр Б. И., Майоров В. И., Тимофеева Н. О., Шульговский В. В.
Нейронная организация условнорефлекторного поведения. М.: Наука, 1983.
Кратин Ю. Г. Анализ сигналов мозгом. Л.: Наука, 1977.
Кругликов Р. И. Нейрохимические механизмы обучения и памяти, М-: Наука,
1981.
Максимова Е. В. Функциональное созревание неокортекса в пренатальном
онтогенезе. Л.: Наука, 1979.
Маунткасл В., Дж. Эдельман. Разумный мозг. М.: Мнр, 198!.
Мусящикова С. С., Черниговский В. Н. Кортикальное н субкортикальное
представительство висцеральных систем. Л.: Наука, 1973.
Поляков Г. И. О принципах нейронной организации мозга. М.: Изд-во
Моск, ун-та, 1964.
Полякова А. Г. Функциональная организация ассоциативной коры голов-
ного мозга. М.: Наука, 1977.
Рабинович М. Я. Замыкательная функция мозга. М.: Медицина, 1975.
Руководство по физиологии. Частная физиология нервной системы. Л.: Наука,
1982.
Руководство по физиологии. Эволюционная физиология, ч. 1. Л.: Наука,
1979.
Русинов В. С. Доминанта. Электрофизиологические исследования. М.: Меди-
цина, 1969.
Сентаготаи Я., Арбиб А. Концептуальные модели нервной системы. М.:
Мир, 1976.
Серков Ф. П. Электрофизиология высших отделов слуховой системы. Киев:
Наукова думка, 1977.
Соколов Е. Н. Нейронные механизмы памяти и обучения. М.: Наука, 1981.
Сторожук В. М. Функциональная организация нейронов соматической коры.
Киев: Наукова думка, 1974.
Ухтомский А. А. Собрание сочинений, тт, I—VI. Л.: Изд-во Ленингр. ун-та,
1950—1962.
Хананашвили М. М. Нейронально изолированная кора. Л.: Медицина, 1971.
Шаповалов А. И. Клеточные механизмы синаптической передачи. М.: Меди-
цина. 1966.
Шеррингтон Ч. Интегративная деятельность нервной системы. Л.: Наука
1969.
Шульгина Г. И. Биоэлектрическая активность головного мозга и услов-
ный рефлекс. Л.: Наука, 1978.
Шуранова Ж. П. Исследование элементарных рабочих механизмов в коре
большого мозга млекопитающих. М.: Наука, 1977.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие......................................................... 3
Введение ............................................................ 4
Глава 1. Корковый нейронный модуль (структурные аспекты) 7
1.1. Колончатая организация коры............................... —
1.2. Конструкция коркового модуля и дендритных пучков.......... Ю
1.3. Внутренние связи элементов коркового модуля.............. 14
1,4. О возможном назначении дендритных пучков................. 21
1.5. Филогенетический аспект модульной организации коры ... 22
Глава 2. Корковый нейронный модуль (функциональные аспекты) ... 28
2.1. Функциональные характеристики элементов модуля............ —
2.2. Механизмы мультисенсорнон конвергенции................... 32
2.2.1. Афферентные входы к корковому модулю................ 35
2.2.2. Соматические и висцеральные влияния................. 38
2.2.3. Телецептнвные влияния............................... 43
2.2.4. Гетеромодальные взаимодействия...................... 44
2.3, Эфферентные проекции коркового модуля . .................. —
2,3.1, Эффекты внутрикорковой микростимуляции.............. 45
2.3.2. Корковый модуль и спинальный мотонейронный пул ... 50
2.4. Межмодульные взаимоотношения и функциональные объедине-
ния модулей................................................... 53
2.5, Заключение............................................... 61
Глава 3. Торможение как основа корковой пластичности.............. 63
3,1. Участие тормозных нейронов в работе нервных сетей .... 64
3.2^ Первичные и возвратные ТПСП корковых нейронов .... 67
3.3. Вероятный субстрат внутрикортикального торможения ... 70
3.3.1. Тормозные интернейроны............................... —
3.3.2. Тормозные синапсы................................... 73
3.4. Вероятные кандидаты в тормозные медиаторы................ 77
3.4.1. Торможение активности корковых нейронов под влиянием
ГАМК и таурина 78
3.4.2. Торможение дендритной и соматической локализации . 83
3,5. Роль торможения в организации рецептивных полей корковых
нейронов...................................................... 84
3,6. Роль торможения во взаимодействии нейронных модулей ... 89
3.7. Заключение .............................................. 94
Глава 4. Созревание неокортекса в постиатальном онтогенезе.......... 96
4.1. Общая характеристика созревания неокортекса.............. 97
4.2. Развитие межнейронных связей в онтогенезе............... 101
4.3. Региональные различия в созревании неокортекса........... ЮЗ
4.3.1. Нейронная структура сенсомоторной области коры ... —
4.3.2. Нейронная структура теменной области коры.......... 106
213
4.4. Формирование таламо-кортикальных проекций................. 109
4.5. Афферентные свойства неокортекса в постнатальном онтогенезе . 115
4.6. Заключение ............................................... 122
Глава 5.Сенсомоторная интеграция в коре головного мозга.............. 124
5.1. Сенсомоторное взаимодействие в коре головного мозга ... —
5.2. Динамическая конвергенция телецептивных влияний в коре го-
ловного мозга................................................. 127
5.3. Отражение пространственно-временных параметров световых
сигналов в сенсомоторной коре.................................. 133
5.4. Отражение пространственных признаков звуковых сигналов в
нейронных реакциях сенсомоторной коры.......................... 136
5.5. Отражение частотных характеристик звуковых сигналов в элек-
трических реакциях сенсомоторной коры.......................... 139
5.6. Отражение процедуры обусловливания в ответах сенсомоторной
коры на акустический сигнал.....................................152
5.7. Заключение 154
Глава 6. Кортикальные механизмы обучения н памяти.................. 156
6.1. Учение А. А. Ухтомского о принципе доминанты................ —
6.2. Нейронные корреляты условного рефлекса.................... 164
6.2.1. Клеточные аналоги условного рефлекса................... —
6.2.2, Нейрофизиологические основы ассоциативного обучения . 169
6.2.3. Внутрикорковые механизмы временных связей............ 172
6.3. Нейронные корреляты кратковременной памяти................ 180
6.3.1. Кодирование сигнальной информации.................... 181
6.3.2. Вероятные механизмы кратковременной памяти .... 186
6.3.3, Нейрофизиологические корреляты центральных программ . 192
6.4. Динамическая констелляция корковых модулей................ 198
6.5. Заключение ................................................201
Заключение. Факты. Гипотезы. Перспективы..............................204
Рекомендуемая литература ............................................ 211
I
ИБ № 1662
Александр Сергеевич Батуев
НЕЙРОФИЗИОЛОГИЯ КОРЫ ГОЛОВНОГО МОЗГА
( Модульный принцип организации
Курс лекций
Редактор К. Г. Белявская
Художественный редактор А. Г, Голубев
Технический редактор Г. М. Матвеева
Корректоры К- Я- Бенина, Г. Н. Гуляева
Сдано в набор 20,01,84. Подписано в печать 03.08,84. М-30857. Формат
бум. 60X90'/i6. Бумага тип. № 2. Гарнитура литературная. Печать офсетная.
Усл. печ. л. 13,5. Усл. кр.-отт. 13,75. Уч.-изд. л. 14,4. Тираж 3231 экз Заказ 1187.
Цена 50 коп.
Издательство ЛГУ имени А. А. Жданова. 199164, Ленинград,
Университетская наб., 7/9,
Областная типография, г. Вологда, ул. Челюскинцев, 3.