Geum.ru

Российская академия медицинских наук нии нормальной физиологии им. П. К. Анохина

Вид материалаАвтореферат диссертации
Подобный материал:
1   2   3   4   5
Исследование механизмов участия медиального мозжечка в обеспечении сенситизации и десенситизации АСР.

Анализ динамики АСР (рис. 2-4, 7-9, 11) показывает, что изменения амплитуды реакции носят неравномерный характер. Поэтому, наряду с коэффициентами b1 и b2, для характеристики процессов привыкания/сенситизации при обучении и тестировании оценивали закономерности колебательных процессов методом последовательных разностей, т.е. вычитанием последующего значения из предыдущего с дальнейшим анализом полученной последовательности (Бокс, Дженкинс, 1974). Было обнаружено, что изменение амплитуды АСР на стимул n – SDn, у контрольных крыс демонстрирует положительную корреляцию с амплитудой предыдущей реакции An (рис.12). В результате такой зависимости, отрицательные (сенситизация) и положительные (угашение) значения SDn чередуются с периодом в 1-2 стимула. В значительной степени от соотношения значений изменений амплитуды в сторону сенситизации или угашения, частоты и чередования таких изменений зависит динамика реакции в целом. Обнаружено, что нарушение соотношения привыкания и сенситизации в день обучения или долговременного угашения оборонительной составляющей АСР при воздействиях на червь мозжечка сопровождаются изменениями параметров, характеризующих колебательные изменения амплитуды АСР.



Рис. 12 Корреляционные зависимости между амплитудой АСР и ее последующим изменением, в сеансе обучения. Приведены данные по двум случайно выбранным контрольным животным. По оси абсцисс – амплитуда АСР (An), по оси ординат – последующее изменение амплитуды АСР (SDn)


Так, у адаптированных к контексту крыс аппликация ТТХ на червь мозжечка, наряду с нарушением кратковременной сенситизации, вызывает снижение коэффициента корреляции между SDn и An (0,61± 0,021 по сравнению с 0,72± 0,035 в контроле, p<0,01). Напротив, введение CNQX вызывает кратковременную сенситизацию АСР, а также повышение коэффициента корреляции между SDn и An (0,91±0,036 по сравнению с 0,76± 0,029, p<0,01). Таким образом, червь мозжечка вовлечен в процесс регуляции колебательных изменений АСР, осуществляемой на основе информации об амплитуде текущей реакции.

Обнаружено также, что у контрольных крыс во время обучения средняя амплитуда АСР, после которых наблюдаются SD c отрицательным значением

(А-), ниже, чем средняя амплитуда АСР, после которых следует SD c положительным значением (А+) (рис. 12). В сеансе тестирования у контрольных животных наблюдается снижение средней амплитуды АСР по сравнению с обучением, при этом средние значения А+ и А- также снижаются (табл.8). При аппликации циклогексимида или актиномицина D через 5 минут после обучения снижение значений А- в сеансе тестирования по сравнению с сеансом обучения не происходило, в то время как динамика значений А+ не отличалась от контрольной. Аналогичный эффект наблюдался при аппликации на червь мозжечка бикукуллина, факлофена и ритансерина до начала обучения, т.е., в тех случаях, когда имело место подавление угашения оборонительной составляющей АСР. Напротив, у животных, получавших ритансерин перед тестированием, наряду со стимуляцией долговременного привыкания оборонительной составляющей АСР, наблюдалось также снижение А- по сравнению с контролем (табл.8).

Таблица 8. Влияние ингибиторов синтеза белка и антагонистов нейромедиаторных рецепторов на показатели сенситизации/десенситизации и привыкания/растормаживания АСР

Группа животных
А (% от уровня в день обучения)
А+ (% от уровня в день обучения)
А- (% от уровня в день обучения)

Контроль к введению циклогексимида (физ. раствор)
61,3± 7,9*
69,2± 7,7*
58,7± 6,2*

Циклогексимид
83,0 ±19,9
75,4 8,7*
100,5 27,9

Контроль к введению актиномицина D (физ. раствор)
53,4± 4,2*

57,4 ±6,2*
42,1 ±10,3*

Актиномицин D
72,2± 9,6

58,3± 8,2*
81,3 ±22,7

Контроль к ведению бикукуллина и факлофена (физ. раствор)
45,1± 5,0*
49,2 ±7,4*
39,0± 8,4*

Бикукуллин
72 ±14
69 8, ±7*
96,0± 7,6

Факлофен
54 ±11*
50,4± 7/1*
70± 14,8

Контроль к введению ритансерина до обучения (физ. раствор)
50,0± 10,1*
57,6 ±11,0*
45,4 ±8,2*

Ритансерин до обучения
86,2± 8,0
79,8± 4,4*
89,8 ±7,8

Контроль к введению ритансерина перед тестированием (физ. раствор)
67,1± 13,1*
59,2± 6,4*
68± 15,4*

Ритансерин перед тестированием
51,2 ±10,0*
67,8 ±7,5*
35,0 ±8,2*

* - p<0,05 по сравнению с днем обучения (100%), - p<0,05 по сравнению с контролем


Таким образом, можно предположить, что долговременное угашение оборонительной компоненты АСР отчасти обеспечивается процессами десенситизации, которые нарушаются при подавлении функций червя мозжечка.

Полученные данные свидетельствуют, что на ранних этапах консолидации долговременного угашения АСР пластические перестройки в коре медиального отдела мозжечка связаны с изменениями параметров работы механизмов, обеспечивающих соотношение сенситизации и привыкания при обработке информации поступающей от моторного аппарата. По сути дела, речь идет о том, что называют метапластичностью (Schweighofer N., Arbib M.A. 1998), - изменении алгоритма обработки информации, поступающей в систему. Нейрональными механизмами метапластичности могут являться дезингибиция и депотенциация (Калиниченко, Мотавкин, 2005), которые на поведенческом уровне проявляются в растормаживании и десенситизации. Результаты представленного исследования указывают, на вовлечение, серотонин- и ГАМК-глицинергической систем мозжечка в механизмы долговременной десенситизации, обеспечивающей привыкание оборонительной составляющей АСР.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В выполненной нами работе при исследовании нескольких видов оборонительного поведения выявлены различные механизмы участия медиального мозжечка в процессах памяти и обучения. Эти результаты согласуются с данными о многообразии когнитивных и эмоциональных нарушений, наблюдаемых в клинике при поражениях мозжечка (Heath еt al., 1980, Калашникова и др.. 2000).

Гипотеза о существовании ментальных моделей, исходящая из концепции когнитивной дисметрии и теории моторного контроля Альбуса-Марра, также предполагает множественность механизмов вовлечения мозжечка в когнитивные процессы (Ito, 2005). Так, в гипотезе постулируется существование форвардной модели, обеспечивающей планирование действия, и инверсной модели, контролирующей его реализацию. Предполагается, что микромодули, кодирующие инверсную и форвардную модель, расположены в различных зонах полушарий мозжечка и имеют связи с разными отделами коры больших полушарий. Однако авторы гипотезы несколько механистически распространяют закономерности работы двигательного аппарата на когнитивные функции, не пытаясь на более высоком теоретическом уровне осмыслить общие принципы ментальных и моторных процессов, при этом, по их собственному признанию, из теоретических построений выпадают эмоции. Игнорируется роль сенсорных сигналов, и информации, поступающей в мозжечок по «модуляторным» (холин- и моноаминэргическим) входам (Molinari et al., 2005). Наконец, данная гипотеза базируется на сведениях о наличии избирательных связей различных областей полушарий мозжечка с отдельными областями коры больших полушарий мозга. Не представляется возможным рассматривать с ее позиций функции медиального мозжечка, имеющего диффузные связи практически со всеми областями коры, а также с лимбической системой.

Более плодотворным, на наш взгляд, является анализ полученных экспериментальных данных с позиций теории функциональных систем (П.К.Анохин, 1974, К.В.Судаков, 1984, 1997), согласно которой скоординированная динамическая активность различных отделов мозга определяется доминирующей мотивацией и обеспечивает достижение организмом полезного результата на основе саморегуляции. В нашей работе было изучено поведение животных на фоне интенсивной звуковой стимуляции, вызывающей безусловные оборонительные реакции, не сопровождающейся, однако, отрицательным подкреплением. Данная экспериментальная ситуация моделирует условия неопределенности, достаточно часто встречающиеся в повседневной действительности и создающие высокий уровень эмоционального напряжения, что может приводить к развитию невротических реакций (Willner, P, 1993). Активность формирующихся в ситуации неопределенности функциональных систем направлена на выработку адекватной стратегии поведения, которая обеспечивается достижением оптимального для индивидуума соотношения ориентировочно-исследовательских, активно- и пассивно-оборонительных реакций на основе реализации врожденных и формирования новых видов поведения (Толокнов А.В. и др., 1999).

Полученные в работе данные позволяют утверждать, что с функциями медиального отдела мозжечка связаны механизмы реализации врожденного пассивно-оборонительного поведения замирания в условиях изменения обстановочной афферентации. Обнаружено, что на фоне высокого уровня страха и тревоги, возникающего у неадаптированных животных при первом помещении в закрытую камеру небольших размеров, активность мозжечка направлена на предотвращение избыточного проявления пассивно-оборонительного поведения и обеспечение оптимального уровня исследовательской активности. В этих условиях у животных наблюдается высокий исходный уровень активно-оборонительной акустической стартл-реакции (АСР), а нарушение функций червя мозжечка не оказывает влияния на ее параметры.

При повторном помещении крыс в экспериментальную камеру (адаптированные животные), когда уровень страха и тревоги достоверно ниже, чем при первом ознакомлении с обстановкой, подавление активности мозжечка не оказывает влияния на длительность замирания, однако приводит к изменению соотношения времени замирания и амплитуды первой АСР. В условиях продолжающейся при обучении акустической стимуляции от функций червя мозжечка у адаптированных животных зависит соотношение кратковременного привыкания и кратковременной сенситизации АСР. Согласно литературным данным, изменения активности клеток Пуркинье в ответ на звуковую стимуляцию происходят слишком поздно для непосредственной инициации стартл-реакции (Mortimer, 1973, 1975, Welsh et al., 2002). В то же время, имеются многочисленные экспериментальные свидетельства модулирующего влияния обстановочных стимулов на амплитуду и динамику АСР (File a. Davis, 1994, Braff et al., 2006). Следовательно, выявленные при нарушениях функций мозжечка изменения параметров АСР отражают его роль в обеспечении влияния обстановочной афферентации и доминирующей мотивации на начальный уровень стартл-реакции и ее динамику в условиях продолжающейся стимуляции. С точки зрения теории функциональных систем, акустический сигнал в наших экспериментах является пусковым стимулом, реализующим ранее сформированную предпусковую интеграцию возбуждений в поведенческий акт. Таким образом, полученные результаты указывают, что вовлечение медиального отдела мозжечка в механизмы кратковременного привыкания/сенситизации АСР связано с его участием в процессах предпусковой интеграции возбуждений на стадии афферентного синтеза (П.К.Анохин, 1974, К.В.Судаков, 1997).

Вместе с тем, нами обнаружено, что динамика амплитуды АСР как при обучении, так и при тестировании включает периодическую компоненту, а разнонаправленные изменения величины реакции чередуются с периодом, в 1-2 стимула. Выявлена достоверная зависимость изменений амплитуды стартл-реакции от ее предыдущих значений. Обнаружено также, что нарушения активности медиального мозжечка приводят к существенным изменениям значений параметров, характеризующих зависимость динамики амплитуды АСР от ее предшествующих значений. Таким образом, червь мозжечка вовлечен в механизмы, опосредующие влияние поступающей в ЦНС информации о величине текущей стартл-реакции на ее последующие изменения. При этом информация об амплитуде АСР, поступающая в мозжечок, может быть представлена как проприоцептивными сигналами, так и копиями моторных команд (Ito, 2005). Согласно теории функциональных систем, взаимодействие коллатеральных возбуждений выходных нейронов, копирующих структуру выходного командного потока, с возбуждениями афферентной природы, отражающими содержание полученных результатов, составляют основу формирования акцептора результата действия как аппарата прогнозирования и оценки свойств приспособительного поведенческого результата. Таким образом, результаты анализа полученных нами экспериментальных фактов указывают, что медиальный мозжечок вовлечен не только в механизмы предпусковой интеграции, но также является элементом акцептора результата действия.

В представленном исследовании было показано, что при формировании различных видов оборонительного поведения медиальный мозжечок вовлечен в процессы долговременной памяти. Обнаружено, что с функциями червя мозжечка связаны процессы выработки и консолидации пассивно-оборонительной реакции условного замирания при воздействии обстановочных стимулов, ассоциированных с предъявлением интенсивных звуковых стимулов (обстановочное замирание). Кроме того, показано участие медиального мозжечка в обеспечении долговременного привыкания АСР. В условиях, когда стартл-стимулы предъявляются в отсутствие подкрепления, формирование приспособительного поведения направлено на достижение стабильной оптимальной для конкретного животного величины АСР, обеспечивающей адекватный ситуации уровень готовности к оборонительному поведению, однако без проявлений гиперреактивности. У адаптированных к обстановке крыс приближение к такому уровню наблюдается во второй половине сеанса тестирования, о чем, в частности, свидетельствует угашение тахикардической реакции, наблюдаемое в этот период. Достижение оптимальных значений АСР обеспечивается в результате кратковременного привыкания или сенситизации при обучении, а также формирования и консолидации долговременной памяти, которую можно оценить по двум параметрам: величине первой реакции в сеансе тестирования и изменению динамики реакции в сеансе тестирования по сравнению с обучением. Нами продемонстрировано, что в структуре первой АСР в сеансе тестирования доминирует ориентировочная составляющая. При этом регистрируемые изменения амплитуды первой реакции относительно уровня, достигнутого при обучении, свидетельствуют, что у животных, демонстрировавших кратковременную сенситизацию, наблюдается долговременная десенситизация, а у крыс, демонстрировавших кратковременное привыкание, имеет место долговременное растормаживание. Таким образом, достижение оптимального уровня ориентировочно-исследовательской составляющей АСР в начале сеанса тестирования обеспечивается механизмами спонтанного восстановления, компенсирующими недостаточную согласованность процессов кратковременной сенситизации и привыкания (Poon a.Young, 2006). В работе обнаружено, что червь мозжечка вовлечен в формирование и консолидацию долговременной памяти, обеспечивая долговременную десенситизацию и подавление долговременного растормаживания при достижении оптимального уровня ориентировочно-исследовательской составляющей АСР. Временной профиль вовлечения этого отдела мозга в формирование и консолидацию долговременного привыкания ориентировочной компоненты АСР совпадает с таковым для формирования и консолидации условного обстановочного пассивно-оборонительного поведения – реакции замирания. Согласно полученным данным, на стадии обучения активность мозжечка обеспечивает разнонаправленные долговременные изменения амплитуды АСР и времени замирания, тогда как на этапе консолидации влияние мозжечка на амплитуду АСР и поведение замирания носит однонаправленный характер. Эти результаты, по нашему мнению, свидетельствуют, что участие червя мозжечка как в привыкании ориентировочно-исследовательской составляющей АСР, так и в модуляции динамики реакции во время обучения, связано с процессами предпусковой интеграции, которые активируются под контролем акцептора результата действия при помещении животного в экспериментальную обстановку. Как указывают документированные нами факты, долговременное угашение ориентировочной составляющей АСР связано с активностью глутаматэргических проекций в кору червя мозжечка и тауринергическими механизмами, а формирование обстановочного условного замирания зависит от активности серотонинергического входа и ГАМК/глицинэргических интернейронов. Исходя из строения структурно-функциональной единицы коры мозжечка – микромодуля, включающего разветвленную сеть интернейронов, секретирующих «объемные» нейротрансмиттеры, в частности, оксид азота (Калиниченко, Мотавкин, 2003), а также из наличия множественных связей между отдельными микромодулями, можно полагать существование нейрофизиологических и молекулярных механизмов интеграции и взаимодействия нейромедиаторных процессов, обеспечивающих оптимальное соотношение пассивно- и активно-оборонительных форм поведения на разных этапах их формирования.

Выявлено, что с функциями мозжечка связано также изменение динамики АСР в сеансе тестирования по сравнению с сеансом обучения, характеризующее долговременное привыкание оборонительной составляющей АСР. При этом временной профиль консолидации и нейрохимические механизмы обеспечения угашения оборонительной составляющей реакции в мозжечке отличаются от таковых для привыкания ориентировочной компоненты АСР. Так, угашение оборонительной составляющей АСР обусловлено десенситизацией , которая связана с изменением параметров, характеризующих зависимость изменений амплитуды реакции от ее текущих значений. Обнаружено, что одним из нейромедиаторных механизмов десенситизации является снижение активности серотонинергических терминалей в коре мозжечка. Выявленное подавление серотонинергической нейротрансмиссии не является исключительно следствием снижения активности мозговых структур – источников соответствующих проекций в кору мозжечка. Нами показано, что снижение уровня серотонина и его метаболита при формировании угашения АСР зависит от синтеза белка в коре червя мозжечка и, следовательно, происходит в результате пластических перестроек в этом отделе мозга. Кроме того, обнаружено, что важную роль в угашении оборонительной составляющей АСР играет система ГАМК/глицин-эргических интернейронов червя мозжечка, получающих информацию от серотонинергических афферентов.

Таким образом, можно предположить, что участие медиального мозжечка в системных механизмах приспособительного поведения в условиях оборонительной мотивации связано с обеспечением предпусковой интеграции возбуждений, а также с формированием и функционированием акцептора результата действия. Полученные данные также свидетельствуют об избирательном и разновременном вовлечении в эти процессы отдельных нейромедиаторных систем червя мозжечка.

Обнаруженные закономерности можно выявить и при анализе литературных данных об участии мозжечка в формировании других видов поведения. Так, при выработке условного мигательного рефлекса, зависимая от функций мозжечка сенситизация на стадии афферентного синтеза приводит к возникновению мигательного акта в ответ на предъявление подпорогового для инициации этой реакции звукового условного сигнала. В дальнейшем наблюдается связанное с участием мозжечка в механизмах акцептора результата действия угашение генерализованной коротколатентной составляющей мигательной реакции и нарастание длиннолатентного адаптивного компонента мигательного акта, приуроченного по времени к моменту подачи подкрепления (Medina et al., 2001). При исследовании моторного обучения в ряде работ выявлено участие мозжечка как в формировании быстрых кинематических актов, так и обеспечении точности динамических движений, основанных на механизмах обратной связи (Krakauer, et al., 1999, 2006, Устинова К. и др., 2004).

Результаты клинических исследований, также свидетельствуют, что при поражениях мозжечка страдают процессы планирования и рабочая память, основанная на динамическом взаимодействии внутренней модели с информацией от сенсомоторного аппарата (Зуева, 2003). С нарушениями выбора стратегии поведения при поражениях мозжечка могут быть связаны симптомы, наблюдаемые при аутизме и синдроме де ля Туретта, а дефицит рабочей памяти может сказываться на речевой функции и приводить к развитию некоторых симптомов шизофрении (Ito, 2005).

Таким образом, гипотеза о вовлечении медиального мозжечка в механизмы афферентного синтеза, а также формирование и функционирование акцептора результата действия, высказанная на основании полученных в настоящем исследовании результатов, позволяет интерпретировать многообразные изменения когнитивных и эмоциональных процессов, наблюдаемые при нарушениях функций мозжечка в экспериментальных и клинических условиях