Ю. А. Александров Данилова Н. Н. Д 18 Психофизиология: Учебник

Вид материала

Учебник

Содержание 5.9.2.3. Каудо-таламо-кортикальная система 5.10. Гамма-колебания и внимание Р., Апаепвоп 5.А.. 5.11. Различные виды внимания Как уже говорилось в главе 2 («Методы в психофизиологичес­ких исследованиях»), ЛМКТ

Подобный материал:

• А. А. Данилова и др. Учебник: А. А. Данилова, Л. Г. Косулиной «История России с древности, 44.49kb.
• Ключевые проблемы психологии и психофизиология. Определение психофизиологии, 1065.96kb.
• 1. Предмет, методы и задачи психофизиологии. Сравнительная психофизиология 7 Тема Методы, 338.37kb.
• О. В. Дифференциальная психофизиология: Программа, 159.3kb.
• Рабочая программа по дисциплине «психофизиология» Специальность, 292.28kb.
• Александров Д. Н. Личность и синдром предпринимателя, 72.06kb.
• Александров А. А, 49.6kb.
• Литература о Ломоносове М. В. в фондах библиотеки БашГУ, 55.77kb.
• Разработка урока истории по теме "Крымская война", 8 класс, 215.84kb.
• Блохин Геннадий Иванович, Александров Владимир Александрович. М. КолосС, 2006. 512, 557.07kb.

что РФ имеет прямой выход на кору, основано на косвен­ных доказательствах, полученных в поведенческих и физиологи-86

ческих опытах. Никогда не были точно показаны анатомические связи стволовой РФ с корой. Более детальное изучение этой про­блемы показало, что выход стволовой РФ на кору осуществляется, по-видимому, через базальную холинергическую систему переднего мозга, которая моносинаптически проецируется на кору. Кроме того, она имеет вход от РФ и один из ее выходов на кору проходит через таламус.

5.9.2.2. Базальная холинергическая система

В базальном переднем мозге (Вава! РогеЬгат) найдены магно-целлюлярные нейроны, содержащие АХ и моносинаптически про­ецирующиеся на кору. Главная холинергическая структура — ядро Мейнерта (п.оакаИа — г^В). Электрическая стимуляция НВ, а так­же 51 (5иЬ51апс1а 1ппот1па1а) у анестезированной крысы высво­бождает в коре АХ. Эффект можно блокировать атропином — анта­гонистом мускариновых рецепторов. Параллельно электрическая стимуляция увеличивает кровоток в коре, что указывает на холи­нергическую природу расширения сосудов мозга.

Холинергическая система переднего мозга принимает участие как в регуляции цикла сон—бодрствование, так и в вызове корко­вой реакции активации. В составе холинергической системы мозга различают активирующие и тормозные структуры, взаимодействие которых определяет уровень активации коры. Активирующие струк­туры (МВ и др.) поддерживают бодрствование. В них выделены нейроны, связанные с бодрствованием. Уровень их активности меня­ется параллельно циклу бодрствование—сон, увеличиваясь во время бодрствования и парадоксального сна (Згупиша^ К., 1995). Часто­та их спайков особенно растет во время движения животного. У этих нейронов, так же как у нейронов таламуса, режим одиночных спайков в бодрствовании сменяется пачечной активностью во время медленного сна.

«Нейроны, связанные с бодрствованием», находятся под кон­тролем неспецифической системы среднего мозга и моста (через глутаматовые рецепторы) и заднего гипоталамуса, который также имеет свою самостоятельную проекцию на кору и принимает уча­стие в регуляции ЭЭГ и поведенческой активации- На нейроны бодрствования переднего мозга конвергируют также серотонинер-гические нейроны ядер шва и клетки синего пятна, вызывающие их инактивацию.

Тормозные структуры базальной холинергической системы пред­ставлены магноцеллюлярным преоптическим ядром (МСР) и яд­ром диагонального пучка, связанным с его горизонтальной ветвью

87

(НОВ), и находятся в реципрокных отношениях с активирующи­ми структурами. Кроме того, в контроле сна принимает участие внешняя гипногенная система: медиальная преоптическая область и передний гипоталамус, оканчивающиеся на активационных хо-линергических структурах переднего мозга тормозными синапсами.

Холинергическая система переднего мозга является не только источником активации, поддерживающей бодрствование. Она также обеспечивает высвобождение АХ в локальных участках коры, ко­торые реагируют на стимулы, связанные с подкреплением (ло­кальную реакцию на значимые стимулы). При этом большая часть нейронов переднего мозга реагирует на условные сигналы награды и не отвечает на условные стимулы наказания. Предполагают, что в базальной холинергической системе представлен механизм изби­рательного внимания к значимым стимулам, который и обеспечива­ет их обработку в соответствующих областях коры.

Опыты с фармакологическим отключением базального перед­него мозга у животных показали нарушение приобретенных навы­ков, включая прохождение лабиринтов, заученное пассивное и активное избегание.

Холинергическая активирующая система находится под конт­ролем коры, несмотря на то что кортикофугальные проекции на базальный передний мозг сравнительно ограничены. Количество таких проекций, идущих от первичных сенсорных и моторных об­ластей коры невелико. Наиболее заметный путь к переднему мозгу образован волокнами от орбитофронтальной, инсулярной и осо­бенно от префронтальной коры. Кортикофугальные влияния дос­тигают холинергической системы через стриатум и прилегающее ядро после многих переключений. Создавая локальную активацию в коре, холинергические нейроны переднего мозга взаимодействуют с талам о-кортикальной неспецифической системой. Показан их дополнительный выход на кору через таламические структуры, установлены их проекции к некоторым ядрам таламуса (МО, АУ, АМ, п.КеО. Предполагают, что, влияя на кору прямо и через тала-мус, они могут модулировать ее реакции активации в соответствии со значимостью стимула.

Холинергические нейроны переднего мозга принимают участие и в реакции активации, которая у животных представлена усилени­ем гиппокампального тета-ритма. Их активирующие влияния из ме­диального септального ядра (М5) и ядра диагонального пучка, свя­занного с вертикальной ветвью (\Т)В), достигают гиппокампа, вы­зывая тета-ритм. Усиление гиппокампального тета-ритма в ответ на электрическую стимуляцию РФ реализуется через путь РФ — ба-зальная Холинергическая система переднего мозга-гиппокамп.

^ 5.9.2.3. Каудо-таламо-кортикальная система

Базальные ганглии, образующие стриопаллидарную систему, Представлены комплексом нейрональных узлов, центрально рас­положенных в белом веществе больших полушарий головного мозга. 'Их основные функции связаны с управлением движений, реали­зацией врожденного поведения и приобретенных навыков. Кроме ТОГО, стриопалл ид арная система участвует в формировании изби­рательной активации неокортекса, обеспечивающей готовность афферентного, ассоциативного и эфферентного звеньев для вы­полнения конкретного целенаправленного поведения (Суво­ров Н.Ф., Таиров О.П., 1985). Именно она распределяет актива-ционные ресурсы произвольного внимания в соответствии с тре­бованиями, выдвигаемыми задачей или поведением, которое должно быть реализовано-

Ключевыми структурами базальных ядер являются неостриатум, или хвостатое ядро (п.саиаашз), и прилегающее ядро (п.асситЬепз). Предполагают, что хвостатое ядро связано с хранением моторных Программ — главным образом двигательных автоматизмов, вы­ученных движений, навыков, тогда как прилегающее ядро — бо­лее древняя структура — причастна к хранению врожденных пове­денческих программ. Стриопаллидарная система находится под кон­тролем лимбической системы и неокортекса. Прилегающее и хвостатое ядра фильтруют сигналы соответственно от лимбичес­кой системы (эмоциональный мозг) и от церебральной коры (ког­нитивный мозг), используя механизм активации ДА-ергических нейронов. Активация ДА-ергических нейронов обеспечивает акту­ализацию врожденных и прибретенных форм поведения. Это дос­тигается за счет торможения ГАМК-ергических интернейронов, тонически тормозящих нейронные сети, в которых хранятся про­граммы действий.

Наиболее изучены функции хвостатого ядра (неостриатума). Оно получает проекции практически от всех зон коры. Кроме того, уро­вень его активности контролируется системами подкрепления. На нем конвергируют проекции ДА-ергических и НА-ергических струк­тур ствола мозга, соответственно представляющие системы поло­жительного и отрицательного подкрепления.

Стриатум участвует в распределении восходящей в кору неспе­цифической активации. Это достигается через таламус — систему, определяющую локальную активацию. Под влиянием стриатума кар­тина распределения активации в таламусе начинает соответствовать мотивационному возбуждению и кортикофугальным сигналам, по­ступающим на стриатум. На уровне коры эта картина трансформиру-

89

ется в паттерн активации, который отвечает требованиям, постав­ленным задачей, или реализации целенаправленного поведения.

Все три системы активации, реализуя свои специфические функции, вместе с тем имеют общие входы и выходы. Создавая свои локальные эффекты активации, все системы имеют выход на кору через таламус. Стволово-таламо -кортикальная система исполь­зует таламус для локальной активации как компонента ОР. Базаль-ная холинергическая система переднего мозга через таламус реа­лизует корковую активацию на значимые стимулы. Каудо-таламо-кортикальная система также использует таламус для создания в коре картины распределения локусов активации, необходимой для выполнения той или иной деятельности. Кортикофугальные влия­ния, главным образом из префронтальной коры, достигают холи-нергической активационной системы через стриопаллидарную (хво­статое и прилегающее ядра). Генерализованная реакция активации, вызываемая сенсорными стимулами вследствие возбуждения РФ сред­него мозга, опосредована холинергической системой переднего мозга. Последняя имеет прямое отношение к регуляции цикла бодрствова­ние—сон, что сближает механизм генерализованного ориентировоч­ного рефлекса с функциональным состоянием бодрствования.

^ 5.10. ГАММА-КОЛЕБАНИЯ И ВНИМАНИЕ

Под ЭЭГ-реакцией активации у человека обычно понимают подавление, блокаду альфа-ритма, которая замещается нерегуляр­ной и низкоамплитудной активностью. В некоторых работах описа­ны случаи, когда блокада альфа-ритма сочетается с одновремен­ным усилением бета-активности, которая иногда выглядит как появление регулярного ритма на частоте 29-30 Гц (Данилова Н.Н , 1985).

В последние годы наблюдается стремительный рост числа пуб­ликаций, в которых сообщается о наличии в составе реакции ЭЭГ-активации усиления гамма-колебаний (30-170 Гц и более). Их свя­зывают с контролируемыми когнитивными процессами, в част­ности с произвольным вниманием.

Усиление ритма 40 Гц обнаружено у кошки в лобно-теменной коре, когда она пристально следит за мышью (Воиуег И. е1 а1., 1987). У млекопитающих, включая человека, колебания 40 Гц на­блюдались в связи с состоянием направленного внимания не только в коре, но и в таламусе (Мштпу У.Р^., РеСг Е.Е., 1992). На частоте гамма-колебаний обнаружено явление синхронизации вызванных ответов у нейронов коры. Синхронизацию вызывают сенсорное воздействие (Огау С.М., 8т@ег \У., 1989), решение сенсомотор-

90

ной задачи (МиПЬу У.М., Ре^г Е.Е., 1992) и другие активирую­щие факторы. Осцилляции 40 Гц появляются у нейронов синх­ронно и в фазе. Они могут охватывать нейроны как сенсорной, так и моторной коры. Высокочастотная электрическая стимуля­ция РФ ствола мозга, вызывающая генерализованную реакцию активации в коре, одновременно усиливает гамма-колебания (45 Гц), которые отражаются и в фокальных потенциалах зри­тельной коры (поле 17). На этом фоне можно наблюдать синхро­низацию вызванных ответов нейронов зрительной коры, которые избирательно реагируют на одно и то же физическое свойство стимула, например на движущуюся в определенном направлении Полоску (Мип1( М.Н.У. е1 а1., 1996).

Механизм генерации ритмов мозга связывают с работой пейсме­керных систем— ритмоводителей. До недавнего времени пейсмеке-ры ритмической активности, в частности таламуса, представляли в виде нейронной сети с реверберацией возбуждения, которая римичес-ки прерывается через механизм обратной связи (Уеггеапо М., 1972;

АшЗегзеп^ Р., Апаепвоп 5.А.. 1968; Данилова Н.Н., 1985).

Однако в последнее время все больше подчеркивается роль пей­смекерных нейронов в генезе ритмов мозга. Пейсмекерный нейрон порождает градуальные эндогенные потенциалы, которые, достигая Порога, запускают генерацию ПД. У такого нейрона ритмический эндогенный потенциал регистрируется даже после полной изоля­ции нейрона. Изучение механизмов генерации пейсмекерных осцил­ляции показывает, что римическая активность мозга скорее всего представляет тот тип пейсмекерных потенциалов, появление кото­рых определяется взаимодействием потенциалзависимых кальцие­вых каналов и кальцийзависимых калиевых каналов, Пейсмекерный цикл в таких нейронах включает следующую цепочку реакций:

• активация потенциалзависимых Са^-каналов и как след­ствие — увеличение деполяризации нейронов;

• активация кальцийзависимых К-каналов, определяющих волну гиперполяризации;

• инактивация Са^-каналов из-за снижения притока ионов Са^ в клетку вследствие г ипер поляризации мембраны в результате от­крытия К-каналов;

• инактивация (закрытие) Са^-зависимых К-каналов за счет снижения внутриклеточной концентрации ионов кальция;

• активация (деполяризация мембраны) под влиянием гипер­поляризации Nа-каналов. Последняя служит началом для следую­щего цикла.

Потенциалзависимые кальциевые каналы делятся на низкопо­роговые и высокопороговые. Высокопороговая кальциевая проводи-

91

мость в основном представлена на дендритах, тогда как низкопо­роговые кальциевые каналы локализованы преимущественно на соме клетки (Шпаз К., 1988). Активация пейсмекерного нейрона (появление пейсмекерных волн) начинается с открытия низко­пороговых потенциалзависимых кальциевых каналов. Обычно это уже происходит при гиперполяризации нейрона. Высокопорого­вые кальциевые каналы для своего открытия требуют деполяриза­ции нейрона. Возможен переход от пейсмекерной активности, оп­ределяемой низкопороговыми кальциевыми каналами, к актив­ности, создаваемой высокопороговыми каналами. Для этого нужно, чтобы пейсмекерные волны достигли уровня деполяризации, со­ответствующей порогу срабатывания высокопороговых кальцие­вых каналов. Это ведет к появлению кальциевых ПД, а если дос­тигается порог срабатывания и натриевых каналов, то возникает и натриевый ПД. Обе группы ПД складываются и создают источ­ник длительной ритмической активности. То, что разнопорого-вые кальциевые каналы могут находиться на одном нейроне, оп­ределяет способность нейрона генерировать ритмическую актив­ность в разных частотных диапазонах. Переход от генерации ритма в одном частотном диапазоне к другому может быть связан со сменой локуса активированных кальциевых каналов. При этом вы­бор ионных каналов для генерации ритма определяется уровнем мембранного потенциала.

Различают два типа пейсмекерных нейронов: с плавающей и по­стоянной частотой. Первый тип пейсмекера меняет частоту своих колебаний в зависимости от уровня деполяризации нейрона. Чем больше она, тем выше частота. К этому типу относятся пейсмекер­ные клетки медиального септума, определяющего тета-ритм жи­вотных. Второй тип пейсмекера характеризуется фиксированной частотой ритма. Нейроны этого типа обнаружены в неспецифичес­ком таламусе — это нейроны с резонансной частотой (со свой­ством авторитмичности). Частота, на которой возникает резонанс у пейсмекерного нейрона, зависит от плотности потенциалзави­симых кальциевых каналов и кальцийзависимых калиевых каналов. За счет высокой их плотности крутизна восходящего фронта пей­смекерной волны увеличивается, а длительность самой волны со­кращается, что ведет к укорочению пейсмекерного цикла и увели­чению частоты ритма.

Зависимость частоты ритмической активности нейрона от его мембранного потенциала установлена для нейронов таламуса. Если клетка слегка деполяризована, она работает на частоте 10 Гц. С ги­перполяризацией нейрона частота его пачечных разрядов снижа­ется до частоты 6 Гц.

92

Полагают, что гамма-колебания возникают на дендритах спе­цифических нейронов таламуса за счет работы высокопороговых кальциевых каналов. Особую роль в генезе ритмов 40 Гц в коре приписывают интраламинарным ядрам таламуса, особенно п.сепСгаИз 1а1егаИ5 (п.СЬ). Нейроны п.СЬ во время бодрствования и парадоксального сна разряжаются частыми пачками спайков (20— 80 Гц). Внутри пачки ПД следуют с частотой 800—1000 Гц. Чем больше деполяризован нейрон, тем выше у него частота пачек спайков. Во время активного бодрствования нейроны п.СЬ генери­руют ритм 20—40 Гц, во время сонных веретен его частота снижа­ется до 7-14 Гц (5(епаое М. е1 а!., 1993). Генерацию интраламинар-ными ядрами ритма 40 Гц связывают с появлением у них резонан­сного состояния, которое обеспечивает широкое распространение гамма-колебаний по коре.

Генерация гамма-колебаний обнаружена и у ретикулярного ядра таламуса (п.Ке1). В нем найдены нейроны с потенциалзависимым .механизмом, который генерирует одиночные спайки с частотой 40 Гц. Эти нейроны оканчиваются ГАМК-ергическими синапсами на нейронах других ядер таламуса. При этом п.КеГ имеет мощные норадренергические, серотонинергические и холинергические вхо­ды. Полагают, что это ядро играет важную роль в генезе и распро­странении на кору гамма-колебаний, которые многими исследо­вателями рассматриваются как ЭЭГ-коррелят произвольного вни­мания. Усиление ритма 40 Гц в коре, так же как и реакция ЭЭГ-десинхронизации, имеет холинергическую природу. Элект­рическая стимуляция холинергических ядер моста и среднего моз­га вызывает в таламо-кортикальной системе появление осцилля­ции 40 Гц. Данный эффект опосредован мускариновыми рецепто­рами неокортекса. Синхронизация нейронной активности на частоте гамма-колебаний отражает особую форму реакции активации, ко­торая часто наблюдается во время произвольного внимания. Эта активация направлена на сенсорную и моторную группировку, т.е. на интеграцию нейронов в функциональные системы, эффектив­но обеспечивающие как процесс восприятия, так и выполнение определенного сенсомоторного акта.

^ 5.11. РАЗЛИЧНЫЕ ВИДЫ ВНИМАНИЯ

И ПРОСТРАНСТВЕННЫЕ КАРТИНЫ АКТИВАЦИИ МОЗГА ПО ДАННЫМ ЛМКТ, ПЭТ

Первоначально внимание исследовалось исключительно в свя­зи с сенсорными процессами. Однако в 70-х годах появились рабо­ты, в которых рассматривалась необходимость распространения его

93

и на движение. После того как было введено понятие сенсорной установки как перцептивной готовности, влияющей на анализ вход­ных сигналов, стали говорить о моторном внимании как селектив­ной установке, действующей на уровне выходных сигналов. Мо­торное внимание необходимо для выбора и запуска моторной про­граммы. Кроме того, оно необходимо для функционирования обратной связи о результатах движения. От этого зависит точность выполнения моторной программы. С автоматизацией сложной мо­торной программы вклад внимания, ориентированного на сигна­лы обратной связи, уменьшается. Моторное внимание также ис­пользуется при «ментальной тренировке^, к которой часто прибе­гают спортсмены, чтобы поддержать выработанный навык на хорошем уровне. Она представляет собой «проигрывание» в вооб­ражении в замедленном темпе последовательности всех движений, составляющих навык. Ментальная тренировка использует идеомо-торный акт' — способность представления о движении посылать импульсы к мышцам, принимающим участие в данном движении. Идеомоторный акт — непроизвольная, неосознаваемая и слабая реакция, которая, однако, может быть усилена произвольным вниманием.

Внимание имеет отношение не только к сенсорным и мотор­ным процессам, но и к ментальной, мыслительной деятельности мозга. Наше мышление связано с актуализацией следов долговре­менной памяти, которые она использует как исходный материал для внутреннего анализа. Текущая умственная деятельность регу­лируется некоторой целью и направлена на ее достижение. В памя­ти хранится «решение» того, что должно быть достигнуто в ре­зультате умственной деятельности. И эта цель время от времени контролирует процесс мышления. Это и составляет суть менталь­ного внимания, которое принципиально ничем не отличается от сенсорного и моторного контроля. В последние годы применение методов измерения метаболической активности мозга (ЛМКТ, ПЭТ и др.) позволило получить новые данные о связи различных видов внимания (сенсорного, моторного, ментального) с определенны­ми структурами мозга.

^ Как уже говорилось в главе 2 («Методы в психофизиологичес­ких исследованиях»), ЛМКТ позволяет определять структуры моз­га, принимающие участие в выполнении той или иной деятель­ности субъекта, так как локальный энергетический метаболизм является локальной функцией от локального кровотока. П. Роланд

' Идеомоторный- акт произошел от греч. ;йеа — идея, образ, лат. тогог — приводящий в движение и асщя — движение, действие.

94

(Ко1апо Р.Е., 1981; Ко1апс1 Р.Е., РпЬег@ Ь., 1985) для изучения сенсорного внимания применил нетомографический метод изме­рения ЛМКТ, позволяющий контролировать его только на кор­ковом уровне. При измерении ЛМКТ в 254 участках от одного полушария, когда испытуемый в течение 40 с непрерывно фоку­сировал свое внимание на кончике указательного пальца в ожи­дании слабого прикосновения, было обнаружено увеличение кро­вотока в контралатеральной пальцу соматосенсорной коре на 25% относительно уровня покоя. При этом сильное механическое воз­действие на тот же палец вызывало меньшее увеличение ЛМКТ, чем селективное внимание. Увеличение кровотока в соматосен­сорной коре было соматотопическим. Когда внимание субъекта смещалось с пальца на верхнюю губу, увеличение ЛМКТ наблю­далось в контралатеральной соматосенсорной области в зоне про­екции рта, а не пальца. В дальнейшем П. Роланд в соматосенсор­ной коре обнаружил два источника усиления ЛМКТ: один -— мо­дально-специфический, реагирующий на соматический стимул независимо от того, игнорируется ли он или привлекает внима­ние, другой — неспецифический, связанный с вниманием. Сход­ные результаты были получены для зрительной и слуховой мо­дальности стимулов соответственно в зрительной и слуховой сен­сорной коре.

Под влиянием внимания к стимулу кровоток усиливается не только в сенсорных зонах коры, но и во фронтальных областях мозга, где выделяют две зоны: фронтальную и префронтальную кору. Во фронтальной коре место, где увеличивается кровоток, зависит от модальности стимула, привлекающего внимание. Для зрительной, слуховой и соматосенсорной модальности в этой зоне были обнаружены различные паттерны усиления ЛМКТ. В префрон-тальной коре, согласно П. Роланду (Ко1апс1 Р.Е., 1982), усиление ЛМКТ связано с вниманием и не зависит от модальности. В опы­тах, в которых субъект решал задачу обнаружения сигнала опреде­ленной модальности и игнорировал стимулы других при предъяв­лении последовательностей, состоящих из зрительных, слуховых и соматических стимулов, селективное внимание независимо от модальности релевантного стимула усиливало ЛМКТ в централь­ной зоне передней префронтальной коры-

Две системы внимания были выделены М. Познером