Формирование новых двигательных координаций: роль моторной коры

Павлова, Ольга Геннадиевна

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Формирование новых двигательных координаций: роль моторной коры
ВАК РФ 03.03.01, Физиология

Автореферат диссертации по теме "Формирование новых двигательных координаций: роль моторной коры"

0046112«

На правах рукописи

Ольга Геннадиевна ПАВЛОВА

ФОРМИРОВАНИЕ НОВЫХ ДВИГАТЕЛЬНЫХ КООРДИНАЦИИ: РОЛЬ МОТОРНОЙ КОРЫ

03.03.01 - Физиология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук

Москва „ .

2 ЮН 1?Э19

004611273

Работа выполнена в лаборатории математической нейробиологии обучения (зав. лаб. доктор биологических наук, профессор Александр Алексеевич Фролов) Учреждения Российской Академии Наук Института высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН (директор - доктор биологических наук, профессор Павел Милославович Балабан)

Научный руководитель: Доктор медицинских наук Марат Евсеевич ИОФФЕ

Официальные оппоненты: Член-корреспондент РАН, Доктор медицинских наук, профессор Инесса Бенедиктовна КОЗЛОВСКАЯ

Ведущая организация: Учреждение Российской Академии Наук

Институт физиологии им. И.ПЛавлова РАН

Защита состоится «27» октября 2010 г. в 14.00 на заседании Диссертационного совета Д-002.044.01 Учреждения Российской Академии Наук Института высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН по адресу: г. Москва, 117485, ул. Бутлерова, д.5а.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Учреждения Российской Академии Наук Института высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН.

Автореферат разослан «24» сентября 2010 г.

Доктор биологических наук, профессор Валерий Викторович ШУЛЬГОВСКИЙ

Доктор биологических наук Юрий Сергеевич ЛЕВИК

Ученый секретарь диссертационного совета доктор биологических наук, профессор

Посвящается Марии Евгеньевне Варга

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Выученные движения занимают важное место в адаптивной деятельности человека и животных. Формирование новых движений принято связывать, прежде всего, с первичной моторной корой (Ml). В эволюции Ml впервые появляется у высших млекопитающих, ее значение резко возрастает от животных к человеку. Повреждение MI у четвероногих животных вызывает нарушения лишь некоторых манипуляторных навыков, у обезьян - стойкую утрату изолированных движений пальцев, у человека параличи или парезы контралатеральных конечностей и лица. Вместе с тем есть основания считать, что и у животных, и у человека движения, контролируемые Ml, имеют общие принципы организации. Н.А. Бернштейн (1947) писал: «Возникновение в филогенезе очередной новой мозговой надстройки знаменует собой биологический отклик на новое качество или класс двигательных задач... .Каждый новый уровень приносит с собой комплект новых движений, какие раньше были организму недоступны». Несмотря на то, что Ml является одной из наиболее хорошо изученных структур мозга, ее специфический вклад в организацию двигательных функций организма остается не до конца ясным.

В середине позапрошлого столетия невролог Н. Jackson писал о значении двигательной коры: «Множественное представительство одних и тех же мышц в разных комбинациях с другими мышцами создает базу для интеграции многообразных движений» (цит. по Phillips a. Porter, 1977). Со времен Шеррингтона распространена точка зрения, что Ml участвует в формировании новых движений путем трансформации естественных координации. A.S.F. Leyton и C.S. Sherrington (1917) характеризовали двигательную кору «как синтетический орган», формирующий разнообразные двигательные акты из элементарных движений и поз бульбоспинального аппарата, которые двигательная зона коры извлекает и разнообразно комбинирует в пространстве и времени. R. Wise в Encyclopedia of Neuroscience (1999) пишет, что MI «...необходима для разделения двигательных синергий, чтобы обеспечить независимое управление мышечными группами, которые обычно работают вместе».

Участию Ml в формировании двигательных координаций уделяется большое внимание в современных исследованиях (McKiernan et al., 2000; Holdefer a. Miller, 2002; Jackson et al., 2003; Graziano, 2006; Stinear et al., 2009). В решении такого рода задачи существенное преимущество имеет модель выученных движений, эфферентная организация которых принципиально отличается от естественных координаций. Разработка таких моделей является приоритетом

отечественной физиологии. В лаборатории И.П. Павлова в опытах М.Н. Ерофеевой (1912) было установлено, что у собак при регулярном подкреплении болевого раздражения пищей можно изменить врожденную реакцию отдергивания лапы на противоположную пищевую, -слюноотделение. Г. Зеленый с соавт. (1937) показали, что естественную координацию движений можно также переделать в процессе обучения на противоположную. Эта высоко адаптивная двигательная перестройка, как впервые было выявлено М.Е. Иоффе (1975) в опытах на собаках, тесно связана с сохранностью М1 и пирамидного тракта. Наиболее убедительно этот факт был продемонстрирован на модели переделки естественной координации движений головы и передней лапы. Проведенные нами ранее опыты с использованием этой методики показали, что локальное удаление теменной и премоторной областей коры, дающих прямые входы в М1 (Павлова с соавт., 1986), а также зубчатых ядер мозжечка (Балезина, 1988) либо не влияло на выученную координацию, либо вызывало лишь кратковременные ее нарушения. Эти данные указывают на то, что основной структурой, участвующей в формировании новой координации, является именно М1. Механизм переделки естественной координации на новую не достаточно изучен. Его исследованию посвящена настоящая работа.

М.Е. Иоффе (1973; 1991) высказал гипотезу, что М1 участвует в реорганизации врожденных координаций, вытормаживая движения этих координаций, мешающих осуществлению вырабатываемой реакции. Подобной точки зрения придерживается М. \Viesendanger (1973); он полагает, что движения отдельных пальцев руки становятся возможными, благодаря осуществляемому через пирамидный тракт вытормаживанию активности синергично работающих мышц кисти.

Иное представление о механизме переделки естественной координации можно составить, исходя из теории построения движений Н.А. Бернштейна (1947). Врожденные и выученные движения он относил к разным классам, разным уровням построения, где вышестоящий уровень не подправляет движения нижестоящего, а своим появлением привносит новые полноценные движения, «качественно иначе строящиеся и иначе управляемые». Исследование роли М1 в переделке естественных координаций поднимает важные вопросы. Является ли переделка естественных координаций особым видом двигательного обучения, в основе которого лежат тормозные влияния со стороны моторной коры? Или же моторная кора участвует в построении новых координаций относительно самостоятельно? Решение этих вопросов может иметь значение как для понимания функции моторной коры, так и общих принципов центральной организации движений.

Хорошо известно о решающей роли М1 в тонком и точном контроле движений, в которых участвует высокодифференцированная дисталъная мускулатура. Значительно меньше изучено участие М1 в регуляции активности филогенетически старых проксимальных и аксиальных мышц, также представленных на карте тела в М1. Исследование механизма выработки новой двигательной координации головы и лапы позволит подойти к оценке роли М1 в управлении аксиальной и проксимальной мускулатуры, что важно для целостного представления о двигательной функции моторной коры.

Цели и задачи исследования

Цель настоящей работы состояла в изучении роли М1 в переделке естественной координации движений головы и передней конечности у собаки, происходящей в процессе выработки инструментальной реакции, - удерживания чашки с пищей во время еды с помощью тонического подъема передней лапы при наклоне головы к кормушке. Такая координация движений достигается только в процессе обучения.

В соответствие с этой целью были поставлены следующие задачи:

- детально описать исходную взаимосвязь движений головы и лапы у собак, которая проявляется на ранней стадии выработки инструментальной реакции и у предварительно обученных животных после удаления М1;

- оценить участие магнусовских вестибулярных и шейных рефлексов, а также роль биомеханического фактора в организации естественной координации;

- исследовать динамику формирования новой, противоположной исходной координации движений головы и лапы;

- изучить участие различных проекционных областей М1 в организации новой координации;

- сравнить организацию инструментального движения передней конечности в исходной и выученной координациях (на основании анализа активности мышц конечности).

Научная новизиа работы

Впервые зарегистрировано, как путем изменения набора мышц и перестройки их активности на противоположную М1 участвует в организации нового, ранее не свойственного животному движения.

Впервые показано, что механизм переделки естественной двигательной координации в ходе обучения связан не с модификацией ее отдельных движений, мешающих проявлению вырабатываемой реакции, а с формированием программы нового движения.

Показана роль MI в управлении филогенетически старой аксиальной и проксимальной мускулатурой (на примере выработки новой координации движений головы и лапы).

Получены новые данные о естественной координации движений головы и лапы и ее природе у четвероногого млекопитающего. Показано, что подъем лапы у собак происходит с опережающим смещением головы вверх, где движение головы выполняет вспомогательную роль для подъема лапы. До настоящего времени было принято считать, что влияние положения головы на движение передних конечностей связано с магнусовскими вестибулярными и шейными рефлексами. Впервые показано, что устойчивая связь движений головы и лапы, -разгибание поднятой лапы при опускании головы, - внешне похожая на вестибулярный рефлекс, может иметь другую природу.

Теоретическое и научно-практическое значение работы

Подтверждены теоретические представления H.A. Бернштейна (1947) об уровнях построения движений. На примере естественной и выученной координации движений головы и лапы экспериментально показано, что внешне одно и то же движение, - подъем передней лапы у собаки - может иметь разное происхождение, организацию и структурную основу. Этот вывод имеет большое значение для понимания механизмов нарушения и компенсации двигательной функции при различных поражениях мозга высших млекопитающих и человека.

Показано, что участие моторной коры в переделке естественной координации связано с созданием независимой программы нового движения. Таким образом, получено экспериментальное подтверждение сформулированного H.A. Бернштейном важного принципа построения движений: каждый новый уровень построения не подправляет движения нижестоящего, не добавляет им новые качества, а приносит с собой новые полноценные движения.

Известные факты участия моторной коры в организации тонких и точных движений дистальной мускулатуры дополнены данными о роли этой области в управлении филогенетически старыми аксиальными и проксимальными мышцами, что позволяет составить общее представление о двигательной функции MI. Моторная кора, обладая возможностью контролировать активность отдельных мышц, способна создавать разнообразные паттерны мышечной активности, необходимые для построения совершенно новых, не свойственных ранее организму движений.

Описанная естественная координация движений головы и лапы может быть использована для изучения структурных основ двигательных синергий у высших животных.

Результаты проведенной работы расширяют представления об организации как врожденных, так и приобретенных форм двигательной активности и открывают перспективы их дальнейшего углубленного анализа.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Естественная координация движений головы и лапы у собак отражает присущий этим животным способ подъема передней конечности, при котором упреждающий подъем головы играет роль позной реакции, облегчающей движение лапы. Эта двигательная координация не связана с магнусовскими вестибулярными и шейными рефлексами.

2. Роль моторной коры в переделке естественной координации на противоположную -подъем лапы с одновременным опусканием головы - состоит не в образовании новых связей между движениями головы и лапы, а в изменении организации (мышечного паттерна) подъема передней конечности, обеспечивающей возможность выполнения этого движения в необычной позе с опущенной головой.

3. Моторная кора способна осуществлять тонкий контроль не только дистальных, но и филогенетически более старых проксимальных и аксиальных отделов мускулатуры. Это свойство лежит в основе ее общей двигательной функции, обеспечивающей возможность создавать разнообразные паттерны мышечной активности для осуществления новых двигательных координаций.

Апробация работы

Материалы диссертации многократно докладывались на отечественных и международных симпозиумах и конференциях.

Публикации

По теме диссертации опубликовано 19 статей, из них 16 в отечественных и 3 в международных изданиях.

Структура и обьем диссертации

Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания методик, пяти глав с изложением результатов, обсуждения, выводов, приложения «Результаты морфоконтроля» и списка литературы. Работа содержит 41 рисунок и 6 таблиц.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ Объект исследования. Работа выполнена на 25 взрослых беспородных собаках обоего пола массой от 8 до 20 кг. Эксперименты осуществляли в соответствии с положением Института ВНД и НФ РАН о работе с экспериментальными животными с соблюдением принципов гуманности, изложенных в директивах Европейского сообщества (86/6091ЕС) и одобренных комитетом по медицинской этике.

Исследование поведения. У всех животных вырабатывали пищевую инструментальную реакцию по методике Е.И. Поповой (1970) (рис. 1, А). Собаку обучали подъемом передней лапы, привязанной к штоку, перемещать чашку с пищей вверх, к узкому окошку закрытой кормушки, и удерживать ее в этом положении во время еды, так как при разгибании лапы чашка опускалась. В первоначальную конструкцию кормушки были внесены изменения, позволяющие, во-первых, существенно снизить вес поднимаемого лапой груза, во-вторых, варьировать высоту кормушки в зависимости от размеров животных таким образом, чтобы ее верхний край находился на уровне середины груди собаки. При работе с маленькими собаками на станок устанавливалась дополнительная платформа, высоту которой можно было менять в зависимости от размера животного.

Подтягивание штока вверх собака осуществляла сгибанием лапы в плечевом и локтевом суставах. Максимальная амплитуда подъема лапы со штоком составляла 18.5 см; У разных животных величина тонического подъема лапы во время еды колебалась от 10 до 15 см над уровнем опоры. Животных обучали выполнять инструментальную реакцию сначала одной, затем другой лапой. Перед подачей пищи собака стояла с приподнятой головой, глядя прямо перед собой. Амплитуда опускания головы во время еды у разных животных колебалась от 10 до 20 см от ее исходного положения. Критерием обучения служило успешное выполнение пищедобывательной реакции со стабильными временными и амплитудными характеристиками движений головы и лапы. Опыт состоял из 15-20 проб с варьирующим интервалом от 30 с до 1.5 мин.

Подъем "рабочей" лапы регистрировали с помощью потенциометра, укрепленного на бдном из блоков подъемного устройства кормушки, вертикальные смещения головы - с помощью тензодатчика, расположенного над ней на расстоянии 0.5 м. Тензодатчик был связан с головой тонкой резиновой нитью, которая крепилась на уровне переносицы к эластичному кольцу,

Рис. 1. Пищевая инструментальная реакция

надетому на морду. К этому же кольцу под нижней челюстью прикрепляли угольный датчик для регистрации жевательных движений.

Запись движений головы и лапы осуществлялась на персональном компьютере с шагом 10 или 20 мс; она начиналась в момент включения поворотного устройства диска при подаче пищи. Одновременно эти движения, а также отметку подачи пищи и акт еды регистрировали на чернилопишущем приборе.

В инструментальной реакции анализировали две последовательные фазы. Начальная фаза включала первое после подачи пищи опускание головы к кормушке и подъем лапы. Следующая фаза - удерживание поднятой лапы и опущенной головы - по продолжительности соответствовала длительности акта еды. В ходе тренировки характер удерживания головы и лапы изменялся от нестабильного к стабильному. В фазе удерживания выделяли фазические реакции и периоды стабильного удерживания. Периодами стабильного удерживания, или фиксациями считали те, которые не содержали относительно быстрых смещений (~0.5 см) за время, не превышающее 0.15 с, а также относительно медленных, но непрерывных смещений (~0.6 см) за время, не превышающее 0.6 с. Подобные смещения выбирали в скользящих интервалах (0.15 и 0.6 с соответственно). Периоды устойчивого положения короче 0.2 с не учитывали. Длительности устойчивого положения как головы, так и лапы суммировали и нормировали в процентах к общей длительности периода удерживания в каждой пробе. За основной критерий фазических движений принимали непрерывное смещение, по меньшей мере, на 0.5 см за время, не превышающее 80 мс. Производили анализ связи между фазическими движениями головы и лапы в период удерживания. С этой целью выделяли начала однонаправленных движений головы и лапы и между двумя последовательностями строили кросскорреляционные гистограммы. Достоверность пика на гистограмме оценивали путем прямого вычисления вероятности случайного появления пика такой же или большей амплитуды в любом из 20 бинов по упрощенной версии теста достоверности А.Г. Фролова (1977).

Оперативные вмешательства. Все операции производили в стерильных условиях под нембуталовым (35 мг/кг массы, внутрибрюшинно) или кетаминовым наркозом (премедикация: реланиум 0.5%, 0.5 мг/кг, внутримышечно; через 15-20 мин. вводный наркоз: калипсол 5%, 5мг/кг и рометар 2%, 0.1-0.2 мг/кг, внутримышечно в одном шприце; базисный наркоз: смесь калипсола 5%, 1 мл, рометара 2%, 1 мл, хлористого нартрия 0.9%, 3 мл, внутривенно через канюлю по 1.0-0.5 мл в течение операции по мере пробуждения). В течение операции животное обогревали с помощью электрической грелки, измеряли частоту дыхания и сердечных

сокращений. В конце операции внутримышечно вводили противоотечные средства и антибиотики пролонгированного действия.

Двусторонняя вестибулоэктомия проведена на четырех собаках С6, С7, С9 и СЮ. Тупым способом открывали bulla ossea височной кости, вскрывали ее, удаляли костные стенки улитки и вылущивали улитку, преддверие и ампулы полукружных каналов. Для того чтобы расширить доступ к последним, через овальное отверстие удаляли также musculus tensor tympani. Лицевой нерв оставался неповрежденным.

Шейная деафферентация у трех собак С11-С13 достигалась билатеральной перерезкой дорзальных корешков первых трех шейных сегментов (С1-СШ) спинного мозга. Корешки первого шейного сегмента перерезали субдурально через щель между задним краем большого черепного отверстия и первым шейным позвонком. Субдуральную перерезку корешков второго сегмента осуществляли между заднелатеральным краем первого и переднелатеральным краем второго шейного позвонка. Корешки третьего сегмента удаляли также субдурально через костные окошки во втором шейном позвонке, которые выпиливали симметрично по обе стороны от остистого отростка.

Повреждения Ml проведены у восьми собак с помощью субпиального отсасывания. У собак Сб и С7 удаляли всю моторную кору на стороне, контралатеральной «рабочей» лапе, у С8 -полное представительство «рабочей» лапы, у С15 и С17 - латеральную треть Ml с одной стороны, включающую основную (т.н. ядерную) часть проекции "рабочей" лапы, у С2, СЗ и С5 -среднюю треть Ml в обоих полушариях, захватывающую основную часть проекции шеи, у С4 и С16 - медиальную треть Ml, включающую основную часть представительства задней конечности в полушарии "рабочей" лапы. У собаки С4 сначала удаляли медиальную треть Ml в одном полушарии, а через 2 месяца - латеральную треть в другом. По окончании операции дефект ткани заполняли гемостатической губкой, послойно зашивали твердую мозговую оболочку и мягкие ткани.

Вживление хронических электродов для регистрации миограммы проведено на семи собаках (С2-С4, С15, С17-С19), у пяти из них после частичных повреждений Ml. Доступ к мышцам осуществлялся через кожный разрез длиной около 10 см. По окончании операции края кожи совмещали и накладывали швы.

Усовершенствования для регистрации электромиограммы в хронических опытах у собак. Для проведения опытов, сочетающих хроническую регистрацию электромиограммы (ЭМГ) с черепно-мозговыми операциями у собак была разработана специальная модель разъема. Внешне она имеет вид патронташа и представляет собой полоску плотной тканевой

корсажной ленты (10 х 4) см с расположенными на ней в ряд металлическими контактами -штырьками (рис. 2, а). Задние утолщенные части штырьков с подпаянными проводами электродов плотно пришивали к ленте; к передним, свободным окончаниям во время опыта присоединяли встречные контакты разъема, идущие к миографу. Ленту разъема располагали на дорзальной поверхности шеи (кпереди от места выхода на кожу проводов внутримышечных электродов) и фиксировали по углам толстой шелковой нитью к коже (рис. 2, б).

Двойная липкая матерчатая лента ("Velero") обеспечивала основную защиту разъема. Один слой ленты пришивали к заднему краю ленты разъема так, что она закрывала собой провода и контакты (рис. 2, а), второй накладывали на разъем сверху и обводили вокруг шеи. Лента полностью закрывала разъем и имела вид ошейника (рис. 2, 6), который собака носила постоянно. Наружный слой ленты снимали во время опытов при манипуляциях с разъемом.

Рис. 2. Разъем для регистрации миограммы.

а — крепление контактов разъема, б - общий вид разъема на шее собаки.

Внутримышечные электроды представляли собой пару оголенных на конце стальных многожильных проводов в тефлоновой изоляции с внешним диаметром 0.3 мм (Cooner Wire, AS632, USA). Электроды вводили в мышцу с помощью инъекционных игл, закрепленных в держателе на расстоянии 3 мм параллельно друг другу. Провод, освобожденный от изоляции на 3 мм, проводили через задний конец иглы и у переднего скошенного края загибали неизолированную часть в виде крючка (Basmajian а. De Luca, 1985). Обе иглы одновременно вкалывали в середину брюшка мышцы и вынимали в обратном направлении, оставляя в мышце электроды. Свободные концы проводов проводили подкожно к шее и выводили через расположенное перед разъемом отверстие в коже диаметром 3-4 мм. Провода припаивали к соответствующим контактам разъема и фиксировали швами на ленте. Вживляли от 8 до 20 пар электродов. Часто в одну и ту же мышцу вводили по 2 пары отводящих электродов.

Регистрировали активность мышц предплечья, плеча, лопатки, спины, груди и шеи. Длительность отведений колебалась от 2 до 8 недель. Малая травматичность разъема, его легкая заменяемость позволяли использовать экспериментальное животное как угодно долго, изучая активность мышц при последовательной выработке инструментальной реакции на двух лапах, до и после повреждений Ml.

Регистрация сигналов. Одновременную регистрацию 4 отведений ЭМГ производили с помощью аналого-цифрового компьютерного устройства, обеспечивающего усиление исходного сигнала в полосе 50-5000 Гц, аппаратного выпрямления и интегрирования в течение временного интервала 10 мс (Hoffer et al., 1987; Thomson et al., 1994). Результаты интегрирования по каждому интервалу оцифровывались с помощью 12-разрядного аналого-цифрового преобразователя. Для калибровки по амплитуде на вход устройства подавался синусоидальный сигнал амплитудой 400 мкВ и частотой 500 Гц. ЭМГ регистрировали во время выполнения пищевой инструментальной реакции вместе с механограммами головы и лапы.

Обработку ЭМГ производили по программе, разработанной В.Н. Пономаревым, которая позволяла сглаживать миограммы и механограммы методом скользящей средней по пяти точкам, а также производить усреднение методом наложения кривых относительно начала подъема лапы и относительно момента постановки лапы на опору.

Гистологический контроль. Морфологический контроль результатов повреждения проведен в лаборатории морфологии ИВНД и НФ канд. биол. наук В.Н. Мац у всех подопытных животных, подвергшихся оперативному вмешательству. По окончании опытов часть животных была усыплена передозировкой наркотического вещества. Другая часть, участвовавшая в течение нескольких лет в ряде серий экспериментов, умерла естественной смертью. Мозг собак извлекали и фиксировали в 10%-ном растворе формалина. Гистологический контроль локализации повреждений проводили по серийным срезам толщиной 30 мкм, окрашенным по методу Ниссля. Определяли границы удаленной ткани, а также зоны разрушения, вызванные лизисом детрита ткани, и зоны перерождения вокруг участка удаления, выявляемые по глиозу. Воспроизводили реконструкцию области повреждения.

Статистическая обработка. В программе обработки механограмм А.В. Александрова указанные выше временные и амплитудные характеристики движений усредняли для каждого опыта, а иногда и для нескольких опытов определенного этапа обучения, достоверность различий оценивали по критерию Стьюдента. С помощью кросскорреляционного анализа по методике А.Г. Фролова (1977) оценивали достоверность связи между однонаправленными смещениями головы и лапы в фазе удерживания. В опытах с регистрацией ЭМГ программа,

разработанная В.Н. Пономаревым, позволяла производить усреднение с вычислением стандартного отклонения (БО).

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 1. Естественная координация движений головы и лапы у собак

Известно (Иоффе, 1975), что при выработке у собак пищевой инструментальной реакции -подъема и удерживания чашки с пищей во время еды с помощью тонического сгибания передней лапы - происходит переделка естественной двигательной координации головы и лапы на новую, ранее не свойственную животным. На ранней стадии обучения опускание головы к кормушке вызывает разгибание поднятой лапы. Необходимое для получения пищи удерживание поднятой лапы в позе с опущенной головой - координация, противоположная исходной -достигается только в результате обучения. Установлено (Иоффе, 1975), что выученная координация движений головы и лапы критически зависит от сохранности М1, контралатеральной «рабочей» конечности. Ее повреждение приводит к стойкому нарушению выработанного навыка и восстановлению исходной координации.

Изучение механизма переделки естественной координации и роли М1 в этом процессе нуждалось, прежде всего, в детальном исследовании исходной взаимосвязи движений головы и лапы. Известное описание естественной координации основывалось только на регистрации движений «рабочей» лапы и простого наблюдения за движениями головы. Встала задача: на основании объективной регистрации движений головы и лапы качественно и количественно оценить исходную связь этих движений, которая, как упомянуто выше, проявляется у интактных собак на ранней стадии выработки инструментальной реакции и у животных с выученной координацией после удаления М1. Опыты были проведены на пяти интактных собаках и трех собаках с односторонним удалением М1.

1.1. Естественная координация у интактных собак на раппей стадии обучения

Обучение интактных собак начинали с выработки условной пищевой реакции на щелчок поворотного устройства, сопровождающий перемещение чашки с пищей под окошко кормушки. Фиксация конечности к штоку первоначально вызывала освободительные флексии, которые приводили к подъемам чашки с пищей. После нескольких подкреплений подъемы лапы приобретали пищевой характер и начинали проявляться вместе с наклонами головы к кормушке. При этом наблюдалась всегда одна и та же последовательность движений: подача пищи вызывала быстрый наклон головы к кормушке, за которым следовал подъем лапы. Таким образом, сгибание лапы начиналось при опущенной голове. Обнаружено, что при подъеме лапы

голова также смещалась вверх, удаляясь от кормушки. Наклон головы к поднятой чашке сопровождался разгибанием лапы: чашка опускалась, и пища снова становилась недоступной. Описанная связь движений головы и лапы носила устойчивый характер и многократно повторялась при безуспешных попытках собаки достать пищу (Рис. 3, А).

10 см

л»1И

п» 143

2с -2

2с

Рис. 3. Исходная взаимосвязь движений головы и лапы на начальной стадии выработки двигательного навыка (А) и в первых самостоятельных пищедобывательных реакциях (Б).

1- механограммы головы, 2 - жевания, 3 - лапы, 4 - отметка подачи пищи. На механограммах головы и лапы: отклонение кривой вниз - опускание, вверх - подъем. Пунктирные линии показывают соотношение начала подъемов головы и лапы. Кросскорреляционные гистограммы иллюстрируют распределение задержек между подъемами (стрелка вверх) и опусканиями (стрелка вниз) головы и лапы; п - число суммаций движений головы; достоверность пика на каждой гистограмме р < 0.001.

Чтобы предупредить угашение пищедобывательных движений при наклоне головы к кормушке мы слегка поддерживали поднятую лапу снизу, замедляя ее опускание так, чтобы собака успевала схватывать пищу. Очень скоро собаки начинали работать без помощи экспериментатора. Но и в первых самостоятельных пищедобывательных реакциях отчетливо проявлялась исходная взаимосвязь движений головы и лапы (рис. 3, Б).

Временная связь между движениями головы и лапы была изучена с помощью

кросскорреляционного анализа. С этой целью выделяли начала однонаправленных движений головы и лапы и между двумя последовательностями строили кросскорреляционные гистограммы (рис. 3, В). Начало каждого движения лапы принимали за нулевую точку на шкале времени. Далее, за 2 с до и после начала движения лапы подсчитывали число движений головы, которые суммировались в соответствующие бины по 100 мс на гистограмме.

Результаты кросскорреляционного анализа показали, что между однонаправленными движениями головы и лапы существует два типа связи, - подъем лапы с опережающим смещением головы вверх и опускание головы с последующим опусканием лапы. Эти два типа связи иллюстрируют гистограммы на рис. 4. Задержки между движениями головы и лапы наиболее часто колебались от 100 до 300 мс. Минимальные задержки составляли 40 мс, максимальные достигали нескольких сотен мс.

1.2. Естественная координация после удаления моторной коры

Ранее у собак с выработанной пищевой инструментальной реакцией были изучены последствия совместного удаления соматосенсорной и премоторной областей (Иоффе, 1975). В проведенной работе область удаления ограничивалась первичной моторной корой, цитоархитектонически соответствующей полю 4. Было известно, что нарушение выработанной и восстановление исходной координации происходит после разрушения моторной области на стороне, контролирующей движения «рабочей» лапы. Этот факт указывал на то, что представительство «рабочей» конечности играет важную роль в выполнении новой координации. У двух собак были изучены последствия одностороннего удаления всей М1 контралатерально «рабочей» лапе, у одной - области проекции «рабочей» лапы, занимающей значительную часть М1. Гистологический контроль показал, что по глубине область разрушения во всех случаях захватывала все корковые слои, а частично и белое вещество.

Перед операцией у собак была прочно выработана инструментальная пищевая реакция. Звук подачи вызывал наклон головы к кормушке и подъем лапы, которые выполнялись как быстрые и слитные движения, переходящие в тоническую реакцию удерживания (Рис. 4, А).

Повреждение М1 приводило к грубым нарушениям выработанного навыка. Через неделю после операции в ответ на предъявление пищи собака опускала голову к кормушке, но подъема лапы со штоком не происходило. Если чашку с пищей устанавливали на кормушку сверху, или экспериментатор перемещал ее в доступную для еды позицию с помощью пассивного сгибания лапы, собака легко доставала пищу из узкого окошка, демонстрируя тем самым отсутствие каких-либо нарушений движений головы. Такое кормление могло спровоцировать

|10см

1 _ р/ \-YVY-

5 см

4 -Л

1 С

Рис. 4. Выработанная пищевая инструментальная реакция у интактной собаки (А) и ее нарушение после удаления М1 (Б, В). На А и Б: х - положение головы, при котором начинался подъем лапы до операции. На В: а - пищедобывательные движения, выполняемые животным самостоятельно и с помощью экспериментатора (соответственно до и после метки); б -изменение характера удерживания лапы при поднятой голове. Остальные обозначения как на рис. 3.

единичные спонтанные подъемы рабочей лапы. Подъем рычага стал осуществляться рывком. Эти быстрые фазические движения конечности сопровождались подъемами головы, как у интактных собак до обучения (рис. 4, Б). При опускании головы собака роняла поднятую лапу, и чашка падала вниз. После одной-двух безуспешных попыток животные отворачивались от кормушки и переставали реагировать на сигнал подачи пищи. После единичных тестирований самостоятельных реакций приступали к ретренингу, при котором собаке помогали удерживать лапу и получать пищу. На фоне такой тренировки через 1-1.5 месяца после операции подача пищи начинала вызывать не только регулярный наклон головы к кормушке, но и последующий подъем лапы. Собака с удалением области «рабочей» лапы могла выполнить даже серию самостоятельных фазических подъемов конечности (рис. 4, В, а). Подъемам лапы предшествовали подъемы головы, а за наклонами головы следовали опускания поднятой лапы. Исходная связь движений головы и лапы с высокой степенью достоверности (р < 0.001) проявлялась у всех оперированных собак. Они не способны были одновременно удерживать поднятую лапу и опущенную голову, но каждое из этих движений в отдельности было возможно. Удерживание поднятой лапы успешно выполнялось, если только голова была поднята (рис. 4, В, б). Чем ниже собака пыталась приблизить голову к пище, тем ниже был подъем лапы. И наоборот, чем выше был подъем лапы, тем меньше был наклон

головы к кормушке. То есть, естественная координация прослеживалась как между фазическими, так и тоническими движениями головы и лапы.

Через два года после операции у собаки с удалением представительства «рабочей» лапы началось восстановление выученной координации, у собак с полным удалением М1 сохранялась естественная координация.

2. Механизм исходной координации движений головы и лапы

2.1. Участие магнусовских рефлексов в организации естественной координации

Единственно изученным механизмом, объясняющим влияние положения головы на движения конечностей, являются описанные Я. Ма^ш'ом (1924) вестибулярные и шейные рефлексы. Рефлекторные влияния от вестибулярных и шейных рецепторов на мышцы конечностей обеспечивают организму поддержание равновесия, стабильного положения головы и адекватных поз в пространстве. Как установлено Магнусом (1962), при таком положении головы, когда ротовая щель образует прямой угол с горизонтальной плоскостью, (а именно в этом положении находится голова собаки во время еды из узкого окошка кормушки), начинают возбуждаться вестибулярные рецепторы, вызывая рефлекторное ослабление тонуса флексоров передних конечностей. В этой связи опускание головы к кормушке может вызывать разгибание поднятой лапы. Этот же рефлекс должен мешать сгибанию конечности, если голова опущена к кормушке. Возможно, поэтому всякий раз, прежде чем поднять лапу, собака поднимает голову. Подъем головы в этом случае предположительно снимает возбуждение вестибулярных рецепторов.

Вестибулярный рефлекс можно было бы рассматривать как единственный механизм естественной координации, если бы положение обеих передних лап у собаки было симметричным. Однако, при выполнении инструментальной реакции «рабочая» лапа находится в состоянии флексии, а другая лапа, выполняющая опорную функцию, резко эктензирована. По механизму шейного рефлекса опускание головы приводит к снижению тонуса экстензоров передних конечностей. Такое влияние может оказаться критичным для опорной конечности, когда «рабочая» лапа поднята. Снижение опорного давления и устойчивости положения тела и может являться причиной немедленного разгибания поднятой лапы. Подъем головы должен изменять эту ситуацию, обеспечивая устойчивое положение опорной конечности. Как и в рассмотренном выше случае с вестибулярным рефлексом, подъем лапы с упреждающим подъемом головы может быть предупредительной реакцией, снимающей рефлекторные влияния с шейных мышц, мешающие выполнению инструментальной реакции.

2.1.1. Влияние вестибулоэктомии на естественную координацию

Последствия вестибулоэктомии (ВЭ) были изучены у четырех собак. Две из них, интактные, находились на ранней стадии выработки инструментальной реакции, у двух других предварительно обученных животных была удалена М1 контралатерально «рабочей» конечности.

ВЭ у всех подопытных собак вызывала типичные симптомы вестибулярных расстройств: Маятникообразные движения головы и соответствующую им зигзагообразную траекторию передвижения, нистагм, отсутствие лифтной реакции (сгибательно-разгибательных движений передних конечностей при резком опускании животных в подвешенном состоянии), широкое положение задних конечностей. К концу первой недели эти симптомы ослабевали. Через 10-14 дней после операции, когда тремор головы уменьшался настолько, что собаки могли доставать пищу из узкого окошка кормушки, начинали тестирование естественной координации.

У собак с разрушенной М1 тестирование проводили 1 раз в неделю (5-7 проб) на протяжении 2 месяцев. До ВЭ естественная координация движений головы и лапы у этих животных носила устойчивый характер и сохранялась в течение двух лет после удаления М1, несмотря на ретренинг. После ВЭ у обеих собак по-прежнему проявлялись только фазические подъемы лапы, которым сопутствовали смещения головы вверх. Причем, у одной из них инструментальные реакции стали проявляться заметно хуже и реже, чем до операции. У обоих животных между однонаправленными колебаниями головы и лапы сохранялась исходная взаимосвязь (р < 0, 001).

У интактных собак была продолжена выработка инструментальной реакции; опыты, состоящие из 10-15 проб, проводили ежедневно в течение 1 месяца. Перед ВЭ инструментальное обучение у этих животных было прервано на самой ранней стадии. После операции подъемы лапы продолжали проявляться с сопутствующим смещением головы вверх, при опусканиях головы собаки роняли поднятую лапу. Движения головы достоверно опережали однонаправленные движения лапы. Спустя два опыта одна из собак начала самостоятельно доставать пищу из кормушки, подтягивая чашку с пищей повторяющимися фазическими подъемами конечности. По мере тренировки инструментальные реакции совершенствовались. Единственным параметром, который не улучшался в ходе обучения, являлась фиксация положения головы. Удерживание опущенной головы во время еды сопровождалось небольшими по величине (1 -3 см) колебаниями. Между колебаниями головы и более редкими колебаниями лапы выявлялась исходная взаимосвязь. У интактных собак она, как правило, исчезала в течение 1-3 опытов.

У другого животного, несмотря на то, что все фазические пищедобывательные движения подкреплялись (собаке помогали удерживать лапу во время еды), выработать инструментальную реакцию не удалось. После 5-6 проб собака отворачивалась от кормушки, и у нее возникали освободительные реакции. В целом она выполнила более 100 активных подъемов лапы с рычагом. Все они сопровождались опережающим на 300-400 мс смещением головы вверх.

Таким образом, после ВЭ как у интактных собак, так и у собак с удаленной М1 естественная координация движений головы и лапы оставалась сохранной.

2.1.2. Влияние шейной деафферентации на естественную координацию

Опыты проведены на трех собаках, находившихся на ранней стадии выработки инструментальной реакции. После перерезки дорзальных корешков первых трех шейных сегментов спинного мозга, приводящей к шейной деафферентации (ШД), у всех подопытных собак наблюдались характерные двигательные расстройства: тремор головы в виде частых, небольших по величине колебаний в вертикальной плоскости, неловкие движения как передних, так и задних лап, нарушения координации ходьбы, главным образом, за счет задних конечностей, - их тонус был ослаблен, а задняя часть туловища неустойчива. Спустя 3-4 недели после операции, когда тремор головы исчезал, походка становилась более координированной, возобновляли опыты с тестированием естественной координации и выработкой инструментальной реакции.

Опыты с обучением возобновляли через 3-4 недели после операции. Каждый опыт состоял из 10-15 проб. Выработку инструментальной реакции у оперированных животных сравнивали с контрольной группой из трех интактных собак.

После ШД у всех собак выявлена достоверная исходная взаимосвязь движений головы и «рабочей» лапы. Первые самостоятельные инструментальные реакции имели характерный для естественной координации «зубчатый» вид, когда подъему лапы предшествовал опережающий подъем головы, а опускание головы к кормушке вызывало разгибание поднятой лапы. Выработка инструментальной реакции у собак с ШД происходила медленнее, чем у интактных. Оперированные собаки начинали самостоятельно удерживать чашку с пищей после 5-8 опытов тренировки, интактные животные - после 4-5 опытов. У интактных собак быстрее стабилизировалось положение головы и лапы во время еды, и уже к пятому опыту период устойчивого удерживания головы составлял 72-96 % от общей продолжительности фазы удерживания. У собак с ШД к этому времени сохранялись размашистые (3-6 см) колебания головы, а общее время устойчивого положения головы в отдельной пробе не превышало 10%.

Если у интактных собак естественная координация исчезала спустя 2-3 опыта после появления самостоятельных пищедобывательных реакций, то у собак с ШД она наблюдалась длительное время. Причем, чаще и с более высокой степенью достоверности проявлялась связь между подъемами лапы и опережающими подъемами головы (рис. 5).

Результаты проведенных опытов показали, что деафферентация шейных мышц, как и ВЭ, не приводит к распаду исходной взаимосвязи движений головы и лапы. Это означает, что опускание головы, вызывающее разгибание поднятой лапы, не связано ни с вестибулярным, ни с шейным рефлексом. Оба вида деафферентаций не только не облегчали, а ухудшали выработку новой координации. Выявлено, что более устойчивой и проявляющейся с большей степенью достоверности оказалась не предполагаемая рефлекторная связь между опусканиями головы и лапы, а связь между подъемами лапы и опережающими смещениями головы вверх.

2.2. Роль биомеханического фактора в организации естественной координации У.Э. Оигйпке1 е1 а1. (1988) обнаружили, что у человека при подъеме руки вперед также наблюдается опережающее непроизвольное отклонение головы назад. Оно возникает в результате активации осевой мускулатуры, что, по мнению авторов этой работы, способствует повышению «жесткости» позвоночника и облегчает удерживание руки. Возникло предположение, что наблюдаемая у необученных собак связь между подъемом лапы и упреждающим подъемом головы может быть обусловлена биомеханикой тела, связанной с

С11

Рис. 5. Длительное проявление исходной координации движений головы и лапы у собак (С11-С13) с ШД, самостоятельно выполняющих инструментальную реакцию. По вертикали со знаком "+" - задержка (в мс) между подъемами головы и лапы, со знаком "-" - задержка между их опусканиями; по горизонтали - опыты. Столбики - случаи достоверной корреляции между движениями лапы и опережающими движениями головы в том же направлении, их цвет указывает степень достоверности: темные - р < 0.001, заштрихованные-р < 0.01, светлые - р < 0.05.

особенностями анатомических связей головы и передних конечностей.

У собаки нет жесткой связи передней конечности со скелетом тела (Miller, 1964) (рис. 6, А). Плечо соединено с лопаткой, которая удерживается на туловище только с помощью мышц, соединяющих ее с ребрами, грудным и шейным отделами позвоночника и головой. Таким образом, лопатка является промежуточным звеном в кинематической цепи, связывающей движение головы и передней лапы. Для того чтобы понять суть этой связи, необходимо было выяснить, как действуют на лопатку подъемы головы и лапы.

del

T.MAJ

T.MAJ ,4А

BIC

JL.

lul. Ill

Рис. 6. Костно-мышечный аппарат, участвующий в инструментальном подъеме

передней лапы.

А - силы, противоположно действующие на лопатку при подъеме головы (стрелка сверху) и при подъеме лапы (снизу); Б -подъем рычага осуществляется сгибанием лапы в плечевом и локтевом суставах (обозначены кружками); В - основные флексоры плеча m. deltoideus (DEL) и т. teres major (Т. MAJ), соединяющие лопатку с плечом; Г - участие флексоров плечевого и локтевого суставов в инструментальном подъеме лапы на ранней стадии обучения. 1- механограмма головы, 2 - лапы. Амплитуды механограмм -в см, ЭМГ - в условных единицах (100 у.е. соответствует

калибровочному синусоидальному сигналу амплитудой 330 цУ).

Н1ДС

В исследуемой инструментальной реакции подъем лапы достигается сгибанием конечности в плечевом и локтевом суставах (рис. 6, Б). Регистрация мышц плеча и предплечья у пяти собак с хронически вживленными внутримышечными электродами показала, что подъем лапы у собаки на ранней стадии обучения сопровождается выраженной активацией двух главных флексоров

плеча m. teres major и m. deltoideus (рис. 6, В, Г). M. biceps brachii в подъеме не участвовал. Это означало, что решающую роль в инструментальном движении передней конечности играет сгибание в плечевом суставе. Видимое сгибание в локтевом суставе, очевидно, происходит пассивно за счет подъема плеча. Прикрепление га. teres major и m. deltoideus на плече и лопатке (рис. 6, В) указывает на то, что при их сокращении (то есть при подъеме лапы) лопатка должна поворачиваться назад.

Чтобы выявить, как влияют на смещение лопатки подъемы головы, у пяти собак были прослежены смещения гребня лопатки при разных положениях головы. Для этого шерсть над областью лопатки тщательно выбривали, а положение гребня отмечали на коже фломастером. Первая метка наносилась, когда собака ела из кормушки с опущенной головой, вторая - когда собака стояла с поднятой головой, глядя прямо перед собой. Было обнаружено, что при подъеме головы лопатка поворачивается вперед, при опускании назад. Угол поворота составлял около 30°.

Таким образом, было установлено, что подъем головы и подъем лапы действуют на лопатку в противоположных направлениях (рис. 6, А). В целом развитие естественной координации можно представить следующим образом. Подъем головы, упреждающий подъем лапы, ведет к смещению лопатки вперед, что вызывает растяжение флексоров плеча. Предварительное растяжение этих мышц позволяет им развить большую силу сокращения при подъеме лапы. То есть, подъем головы создает оптимальные условия для подъема конечности. Кроме того, одновременные сокращения флексоров плеча и дорзальных мышц шеи, действуя на лопатку в противоположных направлениях, должны способствовать фиксации ее положения и облегчать удерживание поднятой конечности. Описанный механизм позволяет понять, почему при опускании головы поднятая лапа разгибается.

Полученные данные свидетельствуют в пользу того, что биомеханический фактор играет значимую роль в организации исследуемой естественной координации движений головы и лапы у собак.

3. Переделка естественной координации движений головы и лапы на противоположную координацию в процессе обучения

Относительно механизма переделки естественной координации движений головы и лапы существует гипотеза (Иоффе, 1975), согласно которой в ходе обучения Ml вытормаживает движения исходной координации, мешающие проявлению вырабатываемой реакции. Согласно этой точке зрения выработка пищевой инструментальной реакции должна быть связана с

трансформацией движений естественной координации, то есть, вытормаживанием подъема головы, упреждающего подъем лапы, и разгибания поднятой лапы, вызываемого опусканием головы. Следует отметить, что, если в движениях передней конечности участвует только контралатеральная М1, то симметричные опускания и подъемы головы контролируются М1 обоих полушарий. Это дает основание предполагать, что гипотетическое выученное торможение подъемов головы перед инструментальным подъемом лапы должно способствовать переносу выработанного навыка с «рабочей» лапы на нетренированную конечность или заметно ускорять вторую по счету выработку инструментальной реакции у одного и того же животного. Таким образом, нашей задачей было изучить динамику изменений взаимосвязи движений головы и лапы в ходе выработки пищевой инструментальной реакции сначала на одной, а затем на другой лапе.

3.1. Изменение координации движений головы и лапы на разных стадиях выработки пищевой инструментальной реакции

Опыты были проведены на 5 собаках; четырех из них обучали выполнять инструментальную реакцию правой, одну - левой лапой. Каждый опыт состоял в среднем из 15 проб.

В выработке инструментальной реакции выделено четыре стадии. На первой стадии в пищедобывательных движениях проявлялась естественная координация движений головы и лапы. Напомним, что пищевая реакция, возникающая на звук подачи чашки с пищей, начиналась с быстрого наклона головы к кормушке, за которым следовал подъем лапы. При подъеме лапы голова снова смещалась вверх, удаляясь от кормушки (рис. 3). Последующее движение головы вниз, к пище приводило к разгибанию поднятой лапы. Доставать пищу из кормушки собаки могли только с помощью экспериментатора. В течение 1-3 опытов животные обучались выполнять инструментальную реакцию самостоятельно.

На второй стадии появлялись первые самостоятельные пищедобывательные реакции (Рис. 7, II). Этот период отличался специфическими изменениями начальной фазы инструментальной реакции. Движение головы в ответ на подачу чашки с пищей утрачивало быстрый и стереотипный характер, присущий первой стадии обучения, когда время опускания головы составляло около 1 с. Для второй стадии характерным было замедленное опускание головы к кормушке: животное как бы выбирало оптимальный уровень наклона головы, при котором оно способно было поднять и удержать лапу.

Первый подъем лапы у одного и того же животного также варьировал как по времени (0.6-2.5 с), так и по амплитуде (8.6-14.8 см) и мог выполняться и как быстрое, и как медленное ступенчатое движение. Ему предшествовало дополнительное смещение головы вверх. Задержки между

подъемами головы и лапы оставались такими же, как на первой стадии обучения (диаграмма на рис. 7).

¡10 (

ьл_ 5с о^^.Р '.!! Ч

III

160 300 460 600 задержки (мс)

\_Г

Рис. 7. Пищевая инструментальная реакция на разных стадиях (Н-1У) обучения. На диаграмме распределение задержек между первым после подачи пищи подъемом лапы и опережающим смещением головы вверх на первой (темные столбики) и второй (светлые) стадиях для всей группы подопытных животных; и на вертикальной оси -число измерений. Различие между медианами выборок по критерию Манна-Уигни статистически недостоверно (р = 0.54). Остальные обозначения как на рис. 3.

За начальной фазой следовала фаза удерживания, в течение которой лапа оставалась поднятой. На этой стадии зафиксировать поднятую лапу на необходимом для еды уровне собакам не удавалось. Величина тонической флексии была невелика, поэтому подтягивания чашки с пищей к окошку кормушки продолжали осуществляться повторными фазическими движениями, которые сопровождались почти синхронными опережающими подъемами головы. Опускание головы приводило к разгибанию лапы, в течение которого собаке удавалось схватывать пищу из чашки. Как показал кросскорреляционный анализ, задержки между однонаправленными колебаниями головы и лапы в фазе удерживания на второй стадии оставались такими же, как на первой. То есть, изменений временного паттерна естественной координации не обнаружено. От пробы к пробе инструментальные движения быстро совершенствовались: уровень тонического подъема лапы возрастал, а амплитуда синхронных колебательных движений головы и лапы уменьшалась. Исходная взаимосвязь между этими движениями проявлялась в течение 1-2 опытов и исчезала. Причем, дольше сохранялась связь между подъемами головы и лапы.

На третьей стадии в начальной фазе инструментальной реакции движения головы и лапы

вновь приобретали стереотипный характер. За быстрым (до 0.7-0.9 с) наклоном головы следовал быстрый (0.3-0.4 с) подъем лапы. Величина наклона головы к моменту подъема лапы становилось в 1.5 раза ниже и достигала 72-90% от положения головы во время еды. Иными словами, в противоположность исходной координации животные начинали поднимать лапу при низком положении головы. Несмотря на это у некоторых собак перед отрывом лапы от опоры сохранялся опережающий заброс головы вверх. Тонические реакции - подъем лапы и опускание головы - достигали уровней, необходимых для успешного выполнения инструментальной реакции (рис. 1, III). Удерживание головы и лапы оставалось нестабильным, но их колебания были невелики и проявлялись независимо друг от друга.

На четвертой стадии обучения (рис. 7, IV), отличавшейся наибольшей продолжительностью (15-20 опытов) происходила дальнейшая стабилизация положения опущенной головы и поднятой лапы. Время фиксированного положения лапы достигало 6080%, а головы 70-90% от общей длительности фазы удерживания.

Опыты показали, что ведущим моментом в формировании новой координации являлась нарастающая по амплитуде и продолжительности флексия «рабочей» лапы с одновременным опусканием головы к кормушке.

Обнаружено, что у хорошо обученных собак в отдельных случаях в фазе удерживания могут возникать небольшие по величине содружественные колебания головы и лапы, между которыми проявляется исходная взаимосвязь (рис. 8), которая не нарушала выполнение

Рис 8. Восстановление исходной связи между фазическими движениями головы и лапы у обученной собаки. А - механограммы головы и лапы; вертикальные линии обозначают начала подъемов и опусканий, горизонтальные периоды фиксаций положений головы и лапы. Б - кросскорреляционные гистограммы движений головы и лапы. Остальные обозначения как на рис. 3 и 6.

инструментальной реакции. Задержки между однонаправленными движениями головы и лапы оставались такими же, как на ранней стадии обучения. Это означало, что временной паттерн естественной координации в ходе обучения не меняется и остается сохранным даже в момент выполнения новой координации.

75 п = «9 р = 0.0000

3.2. Существует ли перенос выработанного навыка?

После того, как собаки были обучены выполнять инструментальную реакцию одной лапой, манжету штока перевязывали на нетренированную соседнюю лапу и тестировали возможность переноса выработанного навыка. Опыты показали, что собака, уже обученная во время подъема лапы удерживать у кормушки опущенную голову, выполняла подъем нетренированной лапы всегда по типу естественной координации, то есть с предварительным подъемом головы. Выработка удерживания второй лапы в позе с опущенной головой требовала повторного обучения. Переделка исходной координации в ходе повторного обучения по своей динамике не отличалась от первого обучения.

4. Роль различных проекционных областей моторной коры в осуществлении выработанной координации движений головы и лапы

Хорошо известно, что MI у человека и животных топографически организована. Двигательная карта тела в MI у собаки исследована Т. Gorska (1974). Эти данные позволяют поставить вопрос: каково участие отдельных проекционных зон в построении новой координации движений головы и лапы. Были изучены последствия одностороннего выключения представительства передней «рабочей» лапы, билатеральных проекций шеи и зоны представительства задней лапы, непосредственно не связанной с управлением движениями головы и передней конечности.

Поскольку проекционные зоны MI широко перекрываются (Wong et al., 1978; Murphy et al., 1978; Kwan et al., 1979 и др.), для наиболее дифференцированной оценки влияния их выключения в каждом представительстве разрушению подвергалась только основная, так называемая ядерная зона, то есть область с наиболее плотной локализацией низкопороговых двигательных ответов на стимуляцию MI (по данным Т. Gorska (1975)). Опыты были проведены на шести собаках, предварительно обученных выполнять инструментальную реакцию обеими лапами. В каждом опыте собаки выполняли по 5-10 проб как правой, так и левой лапой. Опыты проводили 1-2 раза в неделю в течение 1-8 месяцев.

Одностороннее удаление представительства задней лапы у двух собак вызвало нарушение рефлекса постановки на опору (так называемой плейсинг-реакции) контралатеральной задней конечности. В результате при ходьбе или стоянии эта лапа иногда подворачивалась на тыльную сторону. С первых дней после операции обе собаки успешно выполняли инструментальную реакцию передней лапой, управляемой поврежденной MI. Через 1 месяц после операции, когда завершаются процессы рубцевания поврежденной ткани, у одной собаки показатели

удерживания головы и лапы (как правой, так и левой) в выученной координации не отличались от дооперационных, у другой незначительно снизилась стабильность удерживания головы и лапы, контралатеральной поврежденной М1. Однако такое же изменение удерживания было зарегистрировано и для здоровой лапы, контролируемой интактной М1.

Удаление проекции головы и шеи в обоих полушариях, проведенное у трех собак, у двух животных не вызвало каких-либо видимых двигательных расстройств. Начиная с первой недели после операции, они успешно выполняли инструментальную реакцию обеими лапами.

У третьей собаки после операции было обнаружено нарушение плейсинг-реакции левой передней лапы, что свидетельствовало о том, что в контралатеральной (правом) полушарии помимо области шеи была задета также и область этой лапы. Морфологический контроль подтвердил этот факт. Результаты тестирования инструментальной реакции правой и левой лапы также оказались разными. Эта собака с первой недели успешно выполняла пищедобывательную реакцию правой лапой, тогда как инструментальные движения левой лапы оказались нарушенными. Инструментальные подъемы левой лапы появились на второй неделе после операции, им сопутствовали опережающие смещения головы вверх. Через 1.5 месяца после операции выученная координация движений головы и левой лапы восстановилась.

Сравнение параметров выученной координации до и через 1-1.5 месяца после операции показало, что удерживание опущенной головы и поднятой лапы у одной собаки не изменилось, у второй понизилась устойчивость удерживания как правой, так и левой лапы, у третьей менее стабильным стало положение и головы, и лапы. Спустя полгода после операции эти показатели полностью восстановились у второй и частично у третьей собаки.

Удаление проекции "рабочей"конечности в М у трех собак привело к нарушению плейсинг-реакции контралатеральной передней лапы. Все подопытные животные успешно выполняли инструментальную реакцию лапой, ипсилатеральной по отношению к области разрушения. В то же время они отказывались работать, если к рычагу прикрепляли контралатеральную лапу, утратившую контроль М1. В этом случае подача пищи чаще всего не вызывала пищедобывательного движения, а те движения, которые иногда возникали, резко отличались от выученных ранее. Вместо тонического подъема лапа совершала короткие одиночные рывки, сопровождаемые упреждающим смещением головы вверх.

Через 3-6 месяцев после операции и ретренинга у собак стали появляться самостоятельные успешные пшцедобывательные реакции. У каждой из них отчетливо проявлялась исходная координация движений головы и лапы. Если до операции при первом обучении исходная взаимосвязь движений головы и лапы исчезала обычно очень быстро, после 30-40

самостоятельно выполненных проб, то после операции в период восстановления ее можно было регистрировать и после 80-100 реализаций. В ходе тренировки оперированные животные быстро уставали и, в отличие от здоровых, в конце опыта выполняли инструментальную реакцию хуже, чем в начале. Удерживание головы и лапы, утратившей контроль Ml, оставалось неустойчивым до конца опытов. В то же время удерживание ипсилатералыюй лапы не ухудшилось ни у одного из животных.

Проведенные опыты показали, что единственной областью в Ml, от которой зависело выполнение новой координации, была проекционная зона «рабочей» лапы. Это означало, что основные изменения, происходящие при выработке новой координации, связаны с областью рабочей лапы. Возникло предположение, что осуществление новой координации - подъема лапы в необычной для животного позе с опущенной головой - может быть обусловлено изменением организации самого подъема передней конечности.

5. Особенности организации инструментального подъема передней конечности в исходной и выученной координациях

Сравнительный анализ активности мышц при подъеме "рабочей" лапы в естественной и в выученной координациях был проведен у интактных собак и у собак с различными повреждениями Ml с хронически вживленными 8-20 парами внутримышечных электродов в мышцы одной или двух передних лап и лопатки. Опыты начинали через 5-7 дней после вживления электродов. Каждый опыт состоял из 15-20 проб. Срок регистрации мышцы одними и теми же вживленными электродами составлял от двух недель до двух месяцев.

5.1. Мышечный паттерн подъема лапы в естественной координации у интактных собак У трех интактных собак миографический анализ подъема передней конечности был проведен на ранней стадии выработки инструментальной реакции сначала на правой, а затем на левой лапе. Наиболее устойчивый тип активности выявлен у трех основных сгибателей плеча: mm. deltoideus, teres major, teres minor. Активность сгибателя локтя m. biceps brachii при подъеме лапы носила эпизодический характер. При подъеме лапы активировались два больших сгибателя плеча m. deltoideus и т. teres major. В отличие от них третий основной сгибатель т. teres minor в подъеме не участвовал, а, напротив, был активен при опоре на «рабочую» лапу. Эта активность прекращалась, как только лапа отрывалась от опоры (рис. 9). Часто аналогичным образом вел себя m. infraspinatus - сгибатель плеча, реже разгибатель плеча m. supraspinatus, а также передняя часть m. trapezius, соединяющего лопатку с шейными позвонками. Активность последних трех мышц, по сравнению с m. teres minor, на ранней стадии обучения была более вариативна.

T.MAJ

Jwimfc—iL.

T.MIN

18 .

eML

- '-*- f t

¿«aJL . i .. r

,.i,., ,i. I

J1/,.! „ J

Рис. 9. Паттерн мышечной активности подъема лапы, выполняемого в виде естественной координации. Обозначения: жирные линии - усредненные (п = 5) механо- и миограммы, тонкие - SD. Усреднения выполнены относительно момента отрыва лапы от опоры и постановки лапы на опору (вертикальные линии). Справа на механограмме головы "О" -положение головы, при котором собака стоит, глядя прямо перед собой, отклонение кривой вверх - подъем головы; на механограмме лапы "О" -положение лапы на опоре, отклонение кривой вверх - подъем лапы. DEL - m. deltoideus, T.MAJ - m. teres major, T.MIN - m. teres minor, SS - m. supraspinatus, IS - m. infraspinatus. Остальные обозначения как на рис. 6.

Зарегистрированный паттерн активности, по-видимому, можно объяснить тем, что при опоре на «рабочую» конечность коактивация двух мышц-антагонистов m. infraspinatus и т. supraspinatus обеспечивает фиксацию плечевого сустава. Есть основания думать, что в этой фиксации участвует и m. teres minor, идущий от нижнего края лопатки к передней поверхности плеча, как хомут охватывающий верхнюю часть плечевой кости. Следует отметить, что такое прикрепление позволяет ему фиксировать плечевой сустав как в состоянии экстензии, так и флексии.

5.2. Мышечный паттерн подъема лапы в выученной координации у интактных собак

По мере выработки инструментальной реакции у трех интактных собак активность т. deltoideus и т. teres major не изменялась или усиливалась. Активность же т. teres minor постепенно полностью перестраивалась. Она переставала проявляться при опоре на «рабочую» лапу и стала возникать при подъеме конечности. На стадии упроченного навыка эта мышца вместе с m. deltoideus и т. teres major работала с момента подъема лапы до начала ее опускания. При подъеме и удерживании лапы также стали активироваться m. trapezius и тт. supra- и infraspinatus. Ранее они, как и т. teres minor, были активны при опоре на рабочую конечность. В результате на стадии упроченной инструментальной реакции в выученной координации при

подъеме лапы с одновременным опусканием головы синхронно работали основные флексоры плеча, а также указанные мышцы лопатки (рис. 10). Их активность сохранялась на протяжении всей фазы удерживания лапы и прекращалась при ее постановке на опору.

голова

,17 20

лапа

0 120

0 100

Рис. 10. Паттерн мышечной активности при подъеме лапы в выученной координации.

Начало записи соответствует моменту подачи чашки с пищей. Обозначения как на рис. 6 и 9.

зо

5.3. Мышечный патгерп подъема лапы у обученных собак после удаления проекционной области мышц шеи или задней лапы в Ml

После двустороннего повреждения области головы и шеи в Ml у двух собак предварительно выработанная инструментальная реакция и, соответственно, выученная новая координация движений головы и лапы оставались сохранными. Мышечный паттерн подъема лапы у этих животных не отличался от описанного выше у интактных собак. Аналогичный результат наблюдался и у собаки после повреждения проекционной области задней лапы в левом полушарии.

5.4. Мышечный паттерн подъема лапы у обученных собак с повреждением области передней "рабочей" лапы в Ml

Повреждение основной части представительства "рабочей" лапы в Ml (у двух собак правой, у одной левой) привело к грубому нарушению новой координации движений головы и лапы и восстановлению естественной координации.

Паттерн активности мышц у оперированной собаки становился таким, как у необученного животного (рис. 11). А именно, при подъеме лапы активировались m. deltoideus и т. teres major.

M. teres minor был активен при опоре на «рабочую» конечность, перед ее подъемом активность мышцы прекращалась.

Рис, 11. Возврат к исходной координации головы и лапы и соответствующему паттерну активности мышц плеча при подъеме лапы после разрушения области "рабочей" конечности в Ml у ранее обученной собаки, а - схема повреждения (заштриховано) в Ml, точки -локализация контралатеральных двигательных ответов лапы на элекгростимуляцию мозга

(Gorska, 1974); борозды: mdl -срединная, сг - крестовидная, prs - пресильвиева, cor — коронарная, d - димпл, а — анзатная, 1 -латеральная ; 6 - механограммы головы и лапы и миограммы флексоров плеча, Г - голова, ПЛ -правая лапа. Остальные обозначения как на рис. б.

Неполное удаление проекции передней лапы обеспечивало возможность восстановления утраченного навыка. Через 3-6 месяцев после операции в ходе тренировки значительно медленнее, чем при обучении у интактных собак во время подъема «рабочей» лапы начинала перестраиваться активность m. teres minor. Первоначально исчезала его активация перед подъемом лапы. Затем она эпизодически возникала во время тонической флексии. И только после нескольких десятков проб мышца начинала работать непрерывно от начала до конца подъема. Вместе с ней в тоническом подъеме лапы участвовали m. trapezius, т. infraspinatus и т. supraspinatus.

Проведенные опыты показали, что подъем лапы в выученной координации резко отличается по своей организации (паттерну мышечной активности) от такого же подъема лапы в естественной координации. Иными словами, выученная координация отражает новый способ подъема передней конечности. Решающую роль в его построении играет представительство «рабочей» лапы в Ml. Участии этой области Ml в процессе обучения обеспечивало перестройку исходной активности отдельных мышц плеча и лопатки на противоположную.

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

В ходе выяснения роли MI в переделке естественной координации в процессе обучения была более детально изучена исходная взаимосвязь движений головы и лапы, исследована природа этой взаимосвязи, проанализирована динамика переделки исходной координации движений головы и лапы в ходе обучения, выявлено участие различных проекционных зон MI в осуществлении выработанной координации. Проведена сравнительная оценка организации мышечного паттерна инструментального движения передней конечности на ранней стадии обучения и у хорошо обученных собак.

Показано, что естественная координация, проявляющаяся у собак в условиях пищедобывательной методики, имеет более сложную, чем считалось ранее, организацию и описывается двумя видами связей: 1) подъем лапы со штоком осуществляется с опережающим отклонением головы вверх, 2) опускание головы вызывает разгибание поднятой лапы. Первый вид связи проявляется как более устойчивый, то есть дольше сохраняется при переделке естественной координации. Задержки между однонаправленными движениями головы и лапы варьируют от 40 до нескольких сотен мс. Естественная координация проявляется у интактных собак на ранней стадии выработки пищевой инструментальной реакции, а также у собак с предварительно выработанным двигательным навыком после удаления MI.

До настоящего времени единственно изученным механизмом, объясняющим влияние положений головы на тонус мышц передних конечностей, являлись магнусовские вестибулярные и шейные рефлексы (Magnus, 1924; Roberts, 1967). Результаты проведенного в работе разрушения вестибулярного аппарата и деафферентации шейных мышц показали, что ни одна из этих операций не устраняет исходной взаимосвязи движений головы и лапы. Это означало, что исследуемая у собак естественная координация движений головы и лапы не связана с магнусовскими рефлексами. Из этого также следовало, что у четвероногих млекопитающих помимо магнусовских рефлексов существуют и другие механизмы, определяющие устойчивую связь движений головы и передней конечности.

Данные, полученные V.S. Gurfinkel et al. (1988) на человеке, указывали на то, что в основе двигательной координации головы и руки лежит биомеханический фактор. Чтобы оценить роль этого фактора в координации движений головы и лапы у собаки мы изучили влияние движений естественной координации - подъема лапы и подъема головы - на положение лопатки, которая является промежуточным звеном в кинематической цепи, связывающей движение головы и передней конечности. Регистрация мышц плеча и предплечья показала, что, хотя инструментальный подъем лапы сопровождается сгибанием в локтевом и плечевом суставах,

при этом движении активируются только флексоры плеча m. deltoideus и т. teres major, тогда как флексор локтя m. biceps brachii при подъеме лапы не активен. Это означало, что подъем лапы в естественной координации осуществляется благодаря активному сгибанию в плечевом суставе; сгибание лапы в локтевом суставе происходит пассивно за счет подъема плеча. При сокращении m. deltoideus и т. teres major лопатка поворачивается назад. Регистрация положения гребня лопатки при подъемах и опусканиях головы показала, что при опускании головы до уровня кормушки лопатка поворачивается против часовой стрелки, а верхняя точка ее гребня смещается кзади. При подъеме головы лопатка поворачивается вперед, и угол между ее задним ребром и плечевой костью увеличивается. Таким образом, подъем головы и подъем лапы действуют на лопатку в противоположных направлениях. Как известно (Бернштейн, 1947), фактическое движение каждого звена кинематической цепи определяется геометрической суммой трех составляющих: 1) силы мышц, 2) внешних сил (тяжести, сопротивления внешней среды и т.д.) и 3) реактивных сил (силы мышц других, удаленных суставных систем самого организма). Влияние подъема головы, упреждающего подъем лапы, можно сравнить с хорошо знакомыми движениями руки при работе с молотком: первоначально всегда происходит замах руки назад, приводящий к растяжению экстензоров, которые затем более эффективно срабатывают при ударе. В наших опытах поворот лопатки вперед при подъеме головы должен приводить к растяжению основных флексоров плечевого сустава, - m. teres major и т. deltoideus. В результате при подъеме лапы сокращение этих мышц становится более эффективным. Чем больше в движении участвуют реактивные и внешние силы, тем экономичнее оно построено в отношении расходования активной мышечной работы (Бернштейн, 1947). Изучение естественной координации на мышечном уровне полностью подтвердило это положение. Оказалось, что исходный подъем лапы организован достаточно просто, - из многих мышц плечевого и локтевого суставов в нем участвуют только два упомянутых выше главных флексора плеча.

В различных опытах выявлено, что в естественной координации связь между подъемами головы и лапы является более устойчивой, чем связь между их опусканиями. Это говорит в пользу того, что именно подъем лапы с опережающим подъемом головы представляет собой базисную синергию, играющую ведущую роль в естественной координации. Естественную координацию, проявившуюся у всех 19 подопытных собак, мы рассматриваем как генетически закрепленный способ подъема передней конечности, в котором существенное значение имеет биомеханический фактор, - упреждающий подъем головы играет вспомогательную роль для

подъема лапы. Такой механизм позволяет понять, почему при опускании головы поднятая лапа также опускается.

Описанный способ подъема лапы первоначально был единственно доступным, но неадекватным для решения поставленной перед животным двигательной задачи. Чтобы получать пищу, собака должна была в тех же условиях освоить подъем лапы без смещения головы вверх, удерживая ее в опущенном состоянии около кормушки. Переход к новой координации, противоположной исходной, достигался только в результате обучения.

Обнаружено, что у хорошо обученных собак возможно восстановление естественной координации. Она проявлялась между небольшими по величине колебаниями головы и лапы в фазе удерживания, не нарушая выполнения инструментальной реакции. Задержки между однонаправленными движениями головы и лапы оставались такими же, как на ранней стадии обучения. Это означало, что программа естественной координации в ходе обучения не меняется и остается сохранной даже в момент выполнения новой координации. Это также указывало на

то, что на ранней стадии обучения подъем лапы с одновременным опусканием головы не может быть выполнен не потому, что этому мешает исходная координация, а потому, что животное еще не обучилось удерживанию поднятой лапы в позе с опущенной головой. Процесс переделки естественной координации дал основание рассматривать его как постепенное замещение исходного способа подъема лапы новым, формирующимся в процессе обучения.

После выработки инструментальной реакции на одной лапе представлялось интересным выяснить, происходит ли перенос выработанного навыка на другую конечность. Этот тест позволял проверить, действительно ли выработка новой координации связана с обучением вытормаживать подъем головы, упреждающий подъем лапы. Опыты показали, что собаки, уже обученные удерживать голову в опущенном состоянии при подъеме конечности, при выполнении инструментального подъема другой, нетренированной лапой выполняют этот подъем с опережающим забросом головы вверх. Новая координация движений головы и нетренированной лапы требовала повторного обучения.

После билатерального повреждения основной части представительства шеи новая координация также не нарушалась. Этот факт указывает на то, что эта координация не зависит ни от прямого влияния М1 на мышцы шеи, ни от связей между проекционными зонами шеи и лапы. Это также расходится с предположением, что переделка естественной координации связана с обучением вытормаживанию подъема головы, упреждающего подъем лапы.

проводившийся в течение двух лет, не приводил к восстановлению выработанной координации. После локального удаления представительства передней лапы выученная ранее координация начинала восстанавливаться через 3-6 месяцев. Изучению механизмов восстановления двигательных навыков после повреждения Ml придается большое значение (Rouiller a. Olivier, 2004). В опытах с частичным повреждением MI (Nudo et al., 1996; 1997), спинного мозга (Schmidlin et al., 2004) y обезьян после ретренинга обнаружены пластические перестройки, благодаря которым утраченное двигательное представительство, например руки, появляется в соседних проекционных зонах. Восстановление выученного движения передней лапы в наших опытах можно объяснить сохранностью так называемых рассеянных элементов представительства передней конечности в перекрывающихся соседних областях (рис. 11, а). Показательно, что удаление этих клеток, например, при повреждении области шеи, не вызывало нарушения движений передней лапы. Но их роль становилась значимой при повреждении ядерной проекционной зоны лапы. Важную роль в расширении функциональных возможностей клеток коры играет обучение (Туе et al., 2005; Туе a. Boyadjian, 2006), в процессе которого расширяются горизонтальные связи (Karni et al., 1995; Nudo et al., 1996; Sanes a. Donoghue, 2000), повышается синаптическая эффективность (Kleim et al., 2004; Monfils et al., 2005). Обучение в ходе ретренинга у оперированных собак происходило значительно медленнее, чем у интактных животных. В большей степени страдала устойчивость удерживания лапы. Очевидно, что повреждение основной части представительства лапы существенно обедняло состав специфических клеток Ml, способных к управлению движениями передней конечности.

В целом, результаты локальных повреждений Ml показали, что основные изменения, которые происходят в процессе обучения, должны быть связаны с областью «рабочей» лапы. Этот факт позволил предположить, что осуществление новой координации - подъема лапы в необычной для животного позе с опущенной головой - может быть обусловлено изменением организации самого подъема передней конечности. Чтобы проверить эту гипотезу, мы сравнили мышечный паттерн подъема лапы в естественной и в выученной координациях, а также проследили, как изменяется организация подъема «рабочей» лапы у обученных собак после локальных удалений представительств задней лапы, шеи и «рабочей» конечности в Ml.

Миографический анализ инструментального подъема лапы у собак на ранней стадии обучения и у хорошо обученных животных показал, что эти движения существенно отличаются по своей организации. В подъеме лапы, выполняемом со вспомогательным подъемом головы, участвовали два основных флексора плеча (m. deltoideus и m. teres major). Выученный подъем лапы, выполняемый в позе с опущенной головой, имел гораздо более сложную организацию с

активацией флексоров плеча (mm. deltoideus, teres major, teres minor, infraspinatus), экстензора плеча (m. supraspinatus), мышцы лопатки (m. trapezius), в ряде случаев сгибателя локтя (m.biceps). Исключение внешних сил при построении нового подъема конечности привело к внедрению активных мышечных добавок. В смысле мышечной работы это движение стало более сложным и затратным. Но таким способом моторной корой достигалась главная цель -адекватное решение сложной двигательной задачи.

Полученные результаты продемонстрировали, что внешне одно и то же движение, каким в наших опытах являлся подъем передней лапы, может иметь совершенно разную организацию, разную структурную основу, а также отличаться по своему происхождению, т.е. может быть генетически препрограммированным или приобретенным в процессе индивидуального опыта. Подъемы лапы в исходной и новой координации с позиций теории H.A. Бернштейна могут рассматриваться как движения, относящиеся к разным уровням построения. Естественная координация движений головы и лапы по своему стереотипному, цикличному, штампообразному характеру проявления соответствует классу синергий. Этот уровень обеспечивает высокослаженные движения всего тела, которые строятся в системе координат собственного тела и имеют позную обусловленность. Морфологической основой этих движений H.A. Бернштейн рассматривал таламо-паллидарный комплекс. Наши опыты подтвердили, что естественная координация не связана с двигательными областями коры, - MI, теменной и премоторной областями (Павлова с соавт., 1986), и, очевидно, имеет подкорковое происхождение.

Новая координация движений головы и лапы контролируется MI и относится к пирамидному уровню, который H.A. Бернштейн определил как уровень пространственного поля. В его движениях, нацеленных на овладение внешним пространством, решающую роль играют сигналы из внешней среды. В естественной координации движение лапы неразрывно связано с непроизвольным движением головы. В выученной координации собака может произвольно удерживать голову около окошка кормушки, к которому движением лапы перемещает чашку с пищей. В этой координации и движения головы, и движения лапы нацелены на внешние ориентиры. Факты, подтверждающие, что MI контролирует не мышечные сокращения как таковые, а специфический класс движений, отмечены в ряде работ. R.B. Muir и R.N. Lemon (1983) показали, что у обезьян нейроны MI, контролирующие движения большого пальца руки, возбуждаются при сжатии пружины большим и указательным пальцами, но эти же нейроны бездействуют, когда мышца-сгибатель большого пальца активируется в составе силового хвата при сжимании бруска всей кистью. D.S. Hoffman и E.S. Luschei (1980) также в опытах на

обезьянах, обученных контролировать силу сжатия нижней челюсти, обнаружили, что подавляющее большинство нейронов MI, участвующих в инструментальной реакции сжатия челюсти, не изменяет своей активности при обычных жевательных движениях.

Возникает вопрос: чем определяется выбор уровня построения движений? Согласно H.A. Бернштейну в выборе уровня построения решающую роль играет его афферентация, его, так называемое сенсорное поле. «Каждая двигательная задача находит себе, в зависимости от своего содержания и смысловой структуры, тот или иной уровень, иначе говоря, тот или иной сенсорный синтез, который наиболее адекватен по качеству и составу образующих его афферентаций ... требующемуся решению задачи. Этот уровень и определяется как ведущий»». (Бернштейн, 1966, стр. 97). Исходя из этого положения, у собаки, уяснившей смысловую часть пищедобывательной задачи, решающее значение для выбора ее адекватного решения должна иметь афферентация от движущейся чашки с пищей и управляющей ей лапы. Подкрепление успешных движений в ходе тренировки закрепляет новый двигательный навык в данной экспериментальной обстановке.

Значение соответствия различного афферентного контроля и различных по своей организации движений подчеркивали многие авторы (Асратян, 1966; Анохин, 1935; 1970). И.Б. Козловская (1976), подробно изучавшая значение сенсорного обеспечения для врожденных и выработанных двигательных реакций, пришла к заключению, что эффект проприоцептивной деафферентации имеет исключительное значение для новых, выученных координаций. При этом результаты деафферентации имеют сходство с повреждением MI. Например, известно (Foerster, 1936; Lassek, 1953; Twitcell, 1954), что деафферентации приводят к грубым нарушениям изолированных движений пальцев, тогда как общая двигательная синергия кисти, сгибание руки в больших суставах страдают значительно меньше. Распад сложных координаций и возникновение синергии после деафферентаций отмечен рядом авторов (Twitcell, 1965; Gilman a. Denny-Brown, 1966). В наших опытах деафферентация шейных мышц или вестибулоэктомия заметно ухудшала, а у некоторых животных нарушала выработку новой двигательной координации, контролируемой MI. При этом у оперированных животных перестройка естественной координации существенно замедлялась, исходная синергия движений головы и лапы сохранялась у них значительно дольше, чем у интактных животных. Очевидно, что разного рода деафферентации создают существенный дефицит информации, необходимой для создания новых двигательных программ в MI.

В противовес господствовавшей в 70-80 гг. идее о том, что в центральной организации движений MI играет чисто исполнительную роль (Allen a. Tsukahara, 1974), более поздние

работы, проведенные на клеточном (Asanuma, 1989 и др.), синаптическом (Kleim, 2002) и биохимическом (Hess a. Donoghue, 1999; Майоров, 2002; 2004) уровнях свидетельствуют о том, что Ml непосредственно участвует в процессе обучения. Контролируемый Ml процесс формирования программы совершенно нового, ранее недоступного животному движения, был прослежен в наших опытах. Показательной в этом обучении была перестройка исходной активности мышц mm. teres minor, infra- и supraspinatus на противоположную. Эта перестройка происходила постепенно и являлась результатом тренировки. Полученные данные показали, как в ходе выработки двигательного навыка реализуется важная особенность Ml, отличающая ее от других двигательных структур головного мозга, - это способность управлять деятельностью отдельных мышц (Bernard et al., 1953; Preston and Whitlock, 1961; Landgren et al., 1962a; Phillips and Porter, 1964; Rosen and Asanuma, 1972).

Выявленный механизм переделки естественной координации не стоит особняком от других вариантов двигательного обучения, в которых участвует Ml. Формированием новых двигательных программ в Ml можно объяснить изолированные движения пальцев у приматов, так как в конкурирующей двигательной синергии всей кисти Ml не участвует (Muir a. Lemon, 1983). Еще одним примером движения, контролируемого Ml, является пищедобывательная реакция у кошки по методике T. Gorska и Е. Sybirska (1980) (доставание лапой кусочка пищи из узкой трубки или стакана). Наиболее стойким нарушениям этого навыка после удаления Ml является ротационное движение лапы, позволяющее удерживать пищу. Известно, что это движение осуществляется с помощью одной мышцы - т. supinator, управление которой доступно только Ml.

Деятельность Ml принято связывать, прежде всего, с движениями дистальной мускулатуры (Lawrence a. Kuypers, 1968; Gorska a. Sybirska, 1980; Wiesendanger, 1973 и др.). О роли Ml в управлении проксимальными и аксиальными мышцами известно значительно меньше. H.G.J.M. Kuypers (1964) обнаружил, что у человека в грудном отделе спинного мозга на мотонейронах, иннервирующих межреберные дыхательные мышцы имеются моносинаптические окончания пирамидных волокон (Kuypers, 1964). Phillips a. Porter (1977) высказали предположение, что эти окончания, возможно, позволяют контролировать дыхательную мускулатуру во время речи и пения, создавая для старых (аксиальных) мышц новые паттерны активности. Это предположение экспериментально подтверждено в наших опытах. Показано, что у собак в ходе переделки исходного способа подъема лапы на новый при участии Ml формируются совершенно новые паттерны активности мышц плеча и лопатки. Обобщая сказанное, можно заключить, что способность Ml контролировать работу отдельных мышц, как дистальных, так и

филогенетически старых, аксиальных и проксимальных, обеспечивает ей неограниченное число степеней свободы в реализации основной функции - построении новых координации в соответствие с изменяющимися условиями внешней среды.

ВЫВОДЫ

1. Роль моторной коры в формировании новых движений изучалась на модели переделки естественной координации движений головы и лапы у собаки в ходе выработки пищевой инструментальной реакции - подъема и удерживания чашки с пищей во время еды с помощью тонического сгибания передней лапы.

2. Естественная координация движений головы и лапы, проявляющаяся на ранней стадии выработки пищевой инструментальной реакции, описывается двумя видами связей: подъем лапы сопровождается опережающим смещением головы вверх, при опускании головы к кормушке поднятая лапы разгибается. Связь между подъемами головы и лапы отличается большей устойчивостью.

3. Исходная двигательная координация головы и лапы не связана с магнусовскими рефлексами. Она сохраняется после вестибулоэктомии и деафферентации шейных мышц.

4. В исходной координации между движениями головы и лапы существует биомеханическая связь. Подъем головы, упреждающий подъем лапы, приводит к смещению лопатки вперед и растяжению флексоров плеча (га. deltoideus, m. teres major), что способствует эффективному выполнению флексии лапы.

5. Выработка новой координации - подъема лапы с одновременным опусканием головы -проявляется в постепенном нарастании величины и продолжительности тонической флексии лапы и опускания головы и уменьшении амплитуды колебательных движений головы и лапы исходной координации. Динамика выработки новой координации отражает постепенное замещение исходного способа подъема лапы с сопутствующим подъемом головы на новый способ, выполняемый в позе с опущенной головой.

6. Временной паттерн движений головы и лапы естественной координации остается сохранным у собак с выработанной координацией. Исходная координация может проявляться у обученных собак при коррекции положения поднятой лапы в виде небольших по величине содружественных смещений головы и лапы, которые не нарушают выученную координацию.

7. У собак с выученной координацией движений головы и лапы не наблюдается переноса выработанного навыка на другую конечность. Между движением головы и нетренированной лапы сохраняется естественная координация.

8. Осуществление выработанной координации движений головы и лапы не требует целостности всей MI и зависит от сохранности только проекционной зоны «рабочей» лапы. Удаление этой области приводит к длительному нарушению выученной координации и восстановлению исходной взаимосвязи движений головы и лапы. Двустороннее выключение представительства мышц шеи не влияет на выученную координацию.

9. Естественная и выученная координации включают два разных способа подъема передней конечности. Сходные внешне подъемы лапы резко отличаются по своей организации (паттерну мышечной активности).

10. Роль моторной коры в переделке естественной координации связана с формированием в ходе обучения двигательной программы нового способа подъема передней конечности. В построении этой программы проявляется присущая только моторной коре способность к управлению активностью отдельных мышц. В ходе обучения происходит дополнительная активация ряда мышц, ранее не участвовавших в подъеме лапы, а также перестройка активности отдельных мышц на противоположную.

11. Полученные данные подтверждают положения теории H.A. Бернштейна о разных уровнях построения движений.

СПИСОК СТАТЕЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Павлова О.Г., Балезина Н.П., Иоффе М.Е., Мац В.Н. Влияние повреждения теменной ассоциативной коры на состояние выработанной двигательной координации у собак. Журн. высш. нерв, деят., 1986. 36 (1) : 33-43.

2. Павлова О.Г., Балезина Н.П., Иоффе М.Е. Нарушение выработанной двигательной координации после повреждения теменной и премоторной ассоциативных областей у собак. Журн. высш. нерв, деят., 1986. 36 (3) : 450-459.

3. Фролов А.Г., Варга М.Е., Павлова О.Г., Мац В.Н. Изменение периферического соматосенсорного входа в моторную кору после повреждения соматосенсорных областей коры у собак. Журн. высш. нерв. деят. 1989. 39 (2) : 366-370.

4. Балезина Н.П., Варга М.Е., Васильева О.Н., Иванова Н.Г., Иоффе М.Е., Павлова О.Г., Фролов А.Г. Исследование механизмов реорганизации двигательных координаций при обучении. Мозг и поведение. М.: Наука, 1990. С. 105-119.

5. Фролов А.Г., Варга М.Е., Павлова О.Г., Мац В.Н. Динамика изменений соматосенсорного входа в моторную область коры после повреждения соматосенсорных корковых зон у собак. Нейрофизиология. 1990.22 (1) : 61-68.

6. Балезина Н.П., Павлова О.Г. Влияние стимуляции ядер мозжечка на инструментальные реакции разной координационной сложности у собак. Материалы VI Междунар. Симпоз. «Структурная и функциональная организация мозжечка». Ереван: Изд-во АН АрмССР, 1991. С. 76-91.

7. Pavlova O.G., Alexandrov A.V. Head-forelimb movement coordination and its rearrangement by learning in the dog. The role of the motor cortex. In: The Head-Neck Sensory-Motor System. Eds.

A. Berthoz. W. Graf a. P.P. Vidal. Oxford University Press: New-York - Oxford. 1991. Ch. 96. pp. 591-596.

8. Pavlova O.G. Role of vestibular and neck reflexes in the innate head-forelimb coordination in dogs. In: Motor Control Symposium VIII, Borovetz, Bulgaria, June 21-25,1993. Ed. D.G. Stuart, pp. 187-189.

9. Pavlova O.G. Role of the motor cortex projection areas in reorganization of the innate head-forelimb coordination on dogs. In: Motor Control Symposium VIII, Borovetz, Bulgaria. Eds. G.N. Guntchev, V.S. Gurfinkel, D. Stuart, M. Wiesendanger, S. Mori. 1996. pp. 164-167.

10. Павлова О.Г., Фролов А.Г., Александров A.A. Естественная координация движений головы и лапы у собак и ее переделка в процессе обучения. Журн. высш. нерв. деят. 2001. 51 (1): 4051.

11. Павлова О.Г., Мац В.Н. Нарушение выработанной координации движений головы и лапы после одностороннего повреждения моторной коры у собак (кинематический анализ). Журн. высш. нерв. деят. 2001. 51 (6): 661-670

12. Фролов А.Г., Павлова О.Г. Инструментализация движений, вызванных стимуляцией моторной коры при пищевом подкреплении у собак. Журн. высш. нерв. деят. 2002. 52 (1): 57-62.

13. Павлова О.Г. Возможен ли перенос выработанной координации движений головы и передней лапы у собак? Журн. высш. нерв. деят. 2002. 52 (2): 228-234.

14. Гавриленко Т., Фролов А.Г., Иоффе М.Е., Ганчев Г.Н., Александров A.B., О.Г. Павлова. Соматосенсорные вызванные потенциалы во время натуральной и выученной перестройки позы, сопровождающей подъем конечности у собак. Журн. высш. нерв. деят. 2002. 52 (5) : 583-591.

15. Павлова О.Г., Яворский А.Б. Естественная координация движений головы и передней лапы у собаки после выключения вестибулярной афферентации. Журн. высш. нерв. деят. 2004. 54 (6): 810-819.

16. Павлова О.Г., Ючкина О.В. Влияние деафферентации шейных мышц на естественную координацию движений головы и передней лапы у собак. Журн. высш. нерв. деят. 2005. 55 (3): 400-409.

17. Павлова О.Г., Мац В.Н. Роль различных проекционных областей моторной коры в переделке естественной координации движений головы и передней лапы у собаки. Журн. высш. нерв, деят. 2005. 55 (6): 816-826.

18. Павлова О.Г., Ючкина О.В. Регистрация электромиограммы в хронических опытах у собак. Журн. высш. нерв, деят., 2007. 57 (2): 237-242.

19. Павлова О.Г., Мац В.Н., Пономарев В.Н. Роль моторной коры в переделке естественной двигательной координации у собаки. Журн. высш. нерв, деят., 2007. 57 (4): 461-470.

Формат 60 х 90 '/16 Тираж 100 экз. Объем 2,6 п.л. Заказ 2730

Отпечатано с готовых оригинал-макетов в типографии Издательского Дома МИСиС, 119049, Москва, Ленинский пр-т, 4

Содержание диссертации, доктора биологических наук, Павлова, Ольга Геннадиевна

ВВЕДЕНИЕ.

Глава I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МОТОРНОЙ КОРЫ.

1. Эволюция представлений о<функции М1.

2. Внешние связи М1.

3. Внутренняя организация М1.

4. Участие М1 в управлении движениями.

5. М1 и обучение.

6. Двигательные реакции, критически зависящие от сохранности М1.

Глава И. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ.

Глава III. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

1. ЕСТЕСТВЕННАЯ КООРДИНАЦИЯ ДВИЖЕНИЙ ГОЛОВЫ И ЛАПЫ.

1.1. Естественная координация у интактных собак.

1.2. Естественная координация после удаления моторной коры.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Формирование новых двигательных координаций: роль моторной коры"

Посвящается Марии Евгеньевне Варга

Актуальность проблемы

Выученные движения занимают важное место в адаптивной деятельности человека и. животных. Формирование новых движений принято связывать, прежде всего, с первичной моторной корой (Ml). В эволюции Ml впервые появляется у высших млекопитающих, ее значение резко возрастает от животных к человеку. Повреждение МГу четвероногих животных вызывает нарушения лишь некоторых-манипуляторных навыков; у обезьян — стойкую утрату изолированных движений пальцев, у человека параличи или парезы, контралатеральных конечностей и лица. Вместе с тем есть основания считать, что и у животных, и у человека движения, контролируемые Ml, имеют общие принципы организации. Н.А. Бернштейн (1947) писал: «Возникновение в филогенезе очередной нов ой>* мозговой надстройки знаменует собой биологический отклик на новое качество или« класс двигательных задач. .Каждый новый уровень приносит с собой комплект новых движений, какие раньше были организму недоступны». Несмотря на то, что Ml является одной из наиболее хорошо изученных структур мозга, ее специфический вклад в организацию двигательных функций организма остается не до конца ясным.

Porter, 1977). Со времен Ч. Шеррингтона распространена точка зрения, что Ml участвует в формировании новых движений путем трансформации естественных координации. A.S.F. Leyton и C.S. Sherrington (1917) характеризовали двигательную кору «как синтетический орган», формирующий разнообразные двигательные акты из элементарных движений и поз бульбоспинального аппарата, которые двигательная зона коры извлекает и разнообразно комбинирует в пространстве и времени. R. Wise в Encyclopedia of Neuroscience (1999) пишет, что MI «.необходима для разделения двигательных синергий, чтобы обеспечить независимое управление мышечными группами, которые обычно работают вместе».

Участию Ml в формировании двигательных координации уделяется большое внимание в современных исследованиях (McKiernan et al., 2000; Holdefer a. Miller, 2002; Jackson et al., 2003; Graziano, 2006; Stinear et al., 2009). В решении такого рода задачи существенное преимущество имеет модель выученных движений, эфферентная организация которых принципиально отличается от естественных координации. Разработка таких моделей является приоритетом отечественной физиологии. В лаборатории И.П. Павлова в опытах М.Н. Ерофеевой (1912) было установлено, что у собак при регулярном подкреплении болевого раздражения пищей можно изменить врожденную реакцию отдергивания лапы на противоположную пищевую, - слюноотделение. Г. Зеленый с соавт. (1937) показали, что естественную координацию движений можно также переделать в процессе обучения на противоположную. Эта высоко адаптивная двигательная^псрестройка, как впервые было выявлено М.Е. Иоффе (1975) в опытах на собаках, тесно связана с сохранностью М1.и пирамидного тракта. Наиболее убедительно этот факт был продемонстрирован™ модели переделки естественной координации движений головы и передней лапы. Проведенные нами ранее опыты с использованием этой методики показали, что локальное удаление теменной и премоторной областей коры, дающих прямые входы в М1 (Павлова с соавт., 1986), а также зубчатых ядер мозжечка (Балезина, 1988) либо не влияло на выученную координацию, либо вызывало лишь кратковременные ее нарушения. Эти данные указывают на то, что основной структурой, участвующей в формировании новой координации, является именно М1. Механизм переделки естественной координации на новую не достаточно изучен. Его исследованию посвящена настоящая работа.

М.Е. Иоффе (1973; 1991) высказал гипотезу, что М1 участвует в реорганизации, врожденных координации, вытормаживая движения этих координации, мешающих осуществлению вырабатываемой реакции. Подобной точки зрения придерживается М. \Viesendanger (1973); он полагает, что движения отдельных пальцев руки становятся возможными, благодаря осуществляемому через пирамидный тракт вытормаживанию активности синергично работающих мышц кисти.

Иное представление о механизме переделки естественной координации можно составить, исходя из теории построения движений Н.А. Бернштейна (1947). Врожденные и выученные движения он относил к разным классам, разным уровням построения, где вышестоящий уровень не подправляет движения нижестоящего, а своим появлением привносит новые полноценные движения, «качественно иначе строящиеся и иначе управляемые». Исследование роли М1 в переделке естественных координации поднимает важные вопросы. Является ли переделка естественных координации особым видом двигательного обучения, в основе которого лежат тормозные влияния со стороны моторной коры? Или же моторная кора участвует в построении новых координаций относительно самостоятельно? Решение этих вопросов может иметь значение как для понимания функции моторной коры, так и общих принципов центральной организации движений.

Хорошо известно о решающей роли М1 в тонком и точном контроле движений, в которых участвует высокодифференцированная дистальная мускулатура. Значительно меньше изучено участие М1 в регуляции активности филогенетически старых проксимальных и« аксиальных мышц, также представленных на карте тела в М1. Исследование механизма выработки новой двигательной координации головы и лапы позволит подойти к оценке роли М1 в управлении аксиальной и проксимальной мускулатуры, что важно для целостного представления о двигательной функции моторной коры.

Цели и задачи исследования

В соответствие с этой целью были поставлены следующие задачи:

- исследовать динамику формирования новой, противоположной исходной координации движений головы и лапы;

- изучить участие различных проекционных областей М1 в организации новой координации;

Научная новизна работы

Показана роль МБв управлении филогенетически старой аксиальной и проксимальной мускулатурой (на примере выработки новой координации движений головы-и лапы); .

Получены новые данные о естественной координации;движений;головы и лапы и ее : природе у четвероногого млекопитающего. Показано, что подъем лапы у собак происходите; опережающим смещением головы вверх, где движение головьъвыполняет вспомогательную роль для.подъема-лапы. До настоящего времени было принято считать,'что влияние: положения головы на движение.передних конечностей связано с магнусовскими вестибулярными ^ шейными рефлексами;.Впервые показано; что устойчивая связь движений*, головы и лапы, - разгибание поднятой лапы при опускании головы, - внешне похожая на* вестибулярный рефлекс, может иметь другую природу.

Теоретическое и научно-практическое значение работы

Подтвержденьттеоретические представления;Н.А. Бернштейна (1947) об уровнях построения движений. На примере естественной и выученной координаций?движений головы: и лапы экспериментально показано, что внешне одно и то же движение, - подъем;передней: лапы у собаки,- может иметь разное происхождение, организацию и структурную основу. Этот вывод имеет большое значение для пониманшгмеханизмов нарушениями компенсацию двигательной функции при различных поражениях мозга высших млекопитающих и человека.

Показано; что участие моторной коры в переделке естественной: координациисвязано с созданием независимой программы нового движения. Таким образом, получено экспериментальное подтверждение сформулированного Н:А. Бернштейномважного принципа-построения движений: каждый новый уровень построения не подправляет движения нижестоящего, не добавляет им новые качества, а приносит с собой новые полноценные движения;

Известные факты участия моторной коры в организации тонких и точных движений дистальной мускулатуры дополнены данными о роли этой области в управлении филогенетически старыми аксиальными и проксимальными мышцами, что позволяет составить общее представление о двигательной функции М1. Моторная кора, обладая возможностью контролировать активность отдельных мышц, способна создавать разнообразные паттерны мышечной активности, необходимые для построения совершенно новых, не свойственных ранее организму движений.

Новые данные о естественной координации движений головы и лапы у собаки показали, что исходная устойчивая связь между движениями головы и передних конечностей может зависеть не только от рефлекторного механизма (магнусовские рефлексы); но и биомеханики тела. Описанная естественная координация движений головы и лапы может быть использована для изучения структурных основ двигательных синергийу высших животных.

Основные положения; выносимые на защиту

1. Естественная координация-движений головы и лапы у собак отражает присущий этим^ животным способ подъема передней конечности, при котором упреждающий подъем головы играет роль позной реакции, облегчающей движение лапы. Эта двигательная координация не связана с магнусовскими вестибулярными и шейными рефлексами.

Апробация работы

Публикации

По теме диссертации опубликовано 19 статей, из них 16 в отечественных и 3 в международных изданиях.

Структура и объем диссертации

Заключение Диссертация по теме "Физиология", Павлова, Ольга Геннадиевна

выводы

3. Исходная двигательная координация головы и лапы не связана с магнусовскими рефлексами. Она сохраняется после вестибулоэкгомии и деафферентации шейных мышц.

4. В исходной координации между движениями головы и лапы существует биомеханическая связь. Подъем головы, упреждающий подъем лапы, приводит к смещению лопатки вперед и растяжению флексоров плеча (m. deltoideus, т. teres major), что способствует эффективному выполнению флексии лапы.

5. Выработка новой координации - подъема лапы с одновременным опусканием головы — проявляется в постепенном нарастании величины и продолжительности тонической флексии лапы и опускания головы и уменьшении амплитуды колебательных движений головы и лапы исходной координации. Динамика выработки новой координации отражает постепенное замещение исходного способа подъема лапы с сопутствующим подъемом головы на новый способ, выполняемый в позе с опущенной головой.

11. Полученные данные подтверждают положения теории H.A. Бернштейна о разных уровнях построения движений.

СПИСОК СТАТЕЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

3. Фролов А.Г., Варга М.Е., Павлова О.Г., Мац В.Н. Изменениепериферического соматосенсорного входа в моторную кору после повреждения соматосенсорных областей коры у собак. Журн. высш. нерв. деят. 1989. 39 (2): 366-370.

4. Балезина Н.П., Варга М.Е., Васильева О.Н., Иванова Н.Г., Иоффе М.Е., Павлова О.Г., Фролов А.Г. Исследование механизмов реорганизации двигательных координации при обучении. Мозг и поведение. М.: Наука, 1990. С. 105-119.

7. Pavlova O.G., Alexandrov A.V. Head-forelimb movement coordination and its rearrangement by learning in the dog. The role of the motor cortex. In: The Head-Neck Sensory-Motor System. Eds. A. Berthoz. W. Graf a. P.P. Vidal. Oxford University Press: New-York - Oxford. 1991. Ch. 96. pp. 591-596.

10. Павлова О.Г., Фролов А.Г., Александров А.А. Естественная координация движений головы и лапы у собак и ее переделка в процессе обучения. Журн. высш. нерв. деят. 2001.51 (1) : 40-51.

12. Фролов А.Г., Павлова О.Г. Инструментализация движений, вызванных стимуляцией моторной коры при пищевом подкреплении у собак. Журн. высш. нерв. деят. 2002: 52 (1) : 57-62.

14. Гавриленко Т., Фролов А.Г., Иоффе М.Е., Ганчев Г.Н., Александров А.В., О.Г. Павлова. Соматосенсорные вызванные потенциалы во время натуральной и выученной перестройки позы, сопровождающей подъем конечности у собак. Журн. высш. нерв, деят. 2002. 52 (5) : 583-591.

15. Павлова О.Г., Яворский А.Б. Естественная координация движений головы и передней лапы у собаки после выключения вестибулярной афферентации. Журн. высш. нерв, деят. 2004. 54 (6) : 810-819.

17. Павлова О.Г., Мац В.Н. Роль различных проекционных областей моторной коры в переделке естественной координации движений головы и передней лапы у собаки. Журн. высш. нерв. деят. 2005. 55 (6) : 816-826.

19. Павлова О.Г., В.Н Мац, Пономарев В.Н. Роль моторной коры в переделке естественной двигательной координации у собаки. Журн. высш. нерв, деят., 2007. 57 (4) : 461-470.

5.5. Заключение

Проведенный миографический анализ показал, что подъемы лапы в исходной и> выученной координациях имеют совершенно разную организацию.

Показано, что на ранней стадии обучения во время инструментального подъема конечности, выполняемого вместе с опережающим подъемом головы, из пяти изученных флексоров плечевого и локтевого суставов (nr. deltoideus, m. teres major, m. teres minor, m. infraspinatus и m. biceps brachii) закономерно активировались только два наиболее мощных флексора плеча m. deltoideus и т. teres major.

На поздней стадии обучения в подъем лапы, выполняемый в позе с опущенной головой, включались все указанные флексоры плеча, m. trapezius, а также экстензор плечевого сустава лопаточная мышца m. supraspinatus. Чаще стал активироваться m. biceps brachii.

Во 2-ом разделе мы рассматривали вспомогательную роль.подъема головы, который должен был приводить к смещению вперед лопатки и растяжению двух главных флексоров плеча. Именно с помощью этих двух мышц необученная собака осуществляла подъем лапы с рычагом. Необходимость удерживать опущенную голову у кормушки привела к резкому изменению организации подъема лапы. В результате возник новый способ подъема конечности, в который оказалось включено заметно большее число мышц. Движение стало менее экономным в отношении мышечных усилий. Показательно, что в подъеме участвовали не только флексоры, но и экстензор плечевого сустава т. supraspinatus. Коактивация флексоров и экстензоров плеча способствует стабилизации положения лопатки при удерживании поднятой лапы. Кроме того, можно допустить, что действие экстензора плеча на лопатку по своему направлению аналогично действию подъема головы, то есть оно тянет лопатку кпереди, способствуя более эффективному сокращению флексоров плеча. С дополнительным усилением активности m. supraspinatus, можно связать эпизодическое выключение ее антагониста m. infraspinatus. Сдвигу лопатки вперед способствовала и постоянная активация передней порции m. trapezius, соединяющей основание лопатки с шейными позвонками. Мышечный паттерн нового движения по сравнению с исходным стал заметно богаче по составу и сложнее организован.

Доказано, что в организации нового сложного, но адекватного двигательной задаче, мышечного паттерна подъема конечности участвует Ml, а точнее, область представительства «рабочей» лапы. Об этом свидетельствуют результаты регистрации

ЭМБ у обученных собак с повреждением-проекционных зоюголовы^ задней.и передней: «рабочей» конечности;.Только удаление основношчасти представительства «рабочей» . лапы приводило к утрате выученного паттерна подъема конечности. При этом животные возвращались к исходному способу подъема лапы; Становление нового мышечного паттерна' подъема лапы у интактных собак и у собак с поврежденной так называемой ядерной частью.представительства «рабочей» лапы * отражало процесс обучения: В>последнем случае он был существенно замедлен и позволял-подробно проследить стадии полной перестройки исходного типа активности ш. teres ' minor, а также mm. infra- и supraspinatus: и m. trapezius на противоположный; В этих, перестройках отражается высокая адаптивная возможность МГв создании новых координации.

Все.прослеженные изменения ЭМГ при выработке новой координации характеризовались включением новых мышц в движение подъема лапы, то есть эти изменения носили возбудительный характер. Регистрация экстензоров локтя mm. triceps longus и lateralis,n0Ka3ana/4T0 эти мышцы не активны ни в одном из изученных;способов подъема лапы: Это дает основание считать, что опускания лапы при наклонах головы,в естественной координации не связаны с повышением тонуса экстензоров лапы. Соответственно, исключается необходимость торможения активности этих экстензоров при выработке новой координации.

Таким образом, полученные данные позволяют заключить, что роль Ml в формировании новой координации движений5 головы и лапы,, противоположной исходной, состоит в выработке нового по своей организации способа подъема передней конечности. Такая выработка достигается благодаря присущей только Ml способности к управлению отдельными мышцами. Это свойство моторной коры принято связывать с контролем * высокодифференцированной дистальной мускулатуры, участвующей в тонких и точных движениях. Проведенные опыты показали, что оно имеет большое значение и в контроле филогенетически более старых проксимальных и аксиальных мышц: Управление активностью отдельных мышц дает моторной.коре неограниченные возможности в создании не свойственных ранее животным паттернов мышечной активности, необходимых для построения новых координации.

• 136

Глава IV

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Роль моторной коры (М1) в организации новых движений изучалась на модели ; переделки естественной координации движений головы и лапььу собаки,в ходе выработки ' пищевой;инструментальной реакции - подъема и удерживания чашки с пищей во время еды с помощью тонической флексишпереднеШлапы; выполняемойпри наклоне головы к кормушке (методика Поповой; 1970): Было;Известно!(Иоффе,. 1975), что осуществление этой.инструментальной реакции.требует переделки естественной координации-движений» головы и лапы: на ранней стадии обучения опускание головы к кормушке вызывает разгибание поднятой лапы. Необходимое дляшолучения пищи удерживание поднятой лапы в позе с опущенной-головой - координация, противоположная исходной; -становится возможным ¡только в резул ьтате обучения. Осуществление новой координации зависит от сохранности МГ и пирамидного тракта. Их разрушение приводит к утрате выработанного навыка и возврату исходной координации.(1о££е,. 1973; Иоффе, 1975). Вместе с тем, локальное удаление двигательных структур, дающих прямые входы в МГ (теменной и премоторной областей коры, зубчатых ядер мозжечка) либо не влияет на выученную координацию;'либо*вызывает лишь кратковременные ее нарушения (Павлова -с соавт., 1986; Балезина, 1988); Эти данные указывают на то^ что основной структурой, участвующей в формировании новой координации, является именно моторная кора. Изучение механизма переделки естественной координации ^ процессе обучения являлось-, основной задачей настоящей работы. С этой целью была более детально изучена исходная взаимосвязь движений головы и лапы, исследована природа этой взаимосвязи, проанализирована динамика переделки исходной координации движений головы и лапы в ходе обучения, выявлено участие различных проекционных зон М1 в осуществлении выработанной координации; Проведена сравнительная оценка организации мышечного паттерна инструментального движения передней конечности на ранней стадии обучения и у хорошо обученных собак.,

Показано, что естественная координация, проявляющаяся^ собак.в условиях пищедобывательной методики, имеет более сложную, чем считалось ранее, организацию и описывается двумя видами связей: 1) подъем лапы со штоком осуществляется с опережающим отклонением головы вверх, 2) опускание головы вызывает разгибание поднятой лапы. Первый вид связи отличается большей устойчивостью: дольше I

137 i сохраняется при переделке естественной координации и чаще восстанавливается у обученных собак. Задержки между однонаправленными движениями головы и лапы варьируют от 40 до нескольких сотен мс. Естественная координация проявляется у * интакгных собак на ранней стадии выработки пищевой инструментальной реакции, а также обнаруживается у собак с предварительно выработанным двигательным навыком I после удаления MI.

До настоящего времени единственно изученным механизмом, объясняющим влияние положений головы на тонус мышц передних конечностей, являлись магнусовские , вестибулярные и шейные рефлексы. Известно (Magnus, 1924, см. Магнус, 1962; Roberts,

1967), что при опускании головы возбуждение вестибулярных рецепторов приводит к снижению тонуса флексоров передних конечностей. С другой стороны, расслабление шейных мышц оказывает противоположное влияние и приводит к снижению тонуса экстензоров обеих лап. Указанные шейные и вестибулярные рефлексы проявляются в симметричном влиянии положения головы на мышцы передних лап, однако поза собаки, выполняющей.инструментальную реакцию, асимметрична, - «рабочая» лапа находится в состоянии флексии, другая лапа выполняет опорную функцию и резко экстензирована. В этой связи разгибание поднятой лапы при опускании головы может возникать как под влиянием вестибулярного рефлекса за счет нарушения флексии «рабочей» конечности, так и под влиянием шейного рефлекса из-за снижения экстензорного тонуса опорной передней лапы и потери равновесия. Другая связь естественной координации, - подъем лапы со смещением головы вверх - может быть связана с магнусовскими рефлексами косвенно. Благодаря упреждающему подъему головы, возможно, устраняются вестибулярные или шейные влияния, препятствующие подъему передней конечности.

Однако результаты проведенного в работе разрушения вестибулярного аппарата и выключения шейных рефлексов показали, что ни одна из этих операций не устраняет исходной взаимосвязи движений головы и лапы. Это означало, что исследуемая у собак естественная координация движений головы и лапы не связана с магнусовскими рефлексами. Из этого также следовало, что у четвероногих млекопитающих помимо магнусовских рефлексов существуют и другие механизмы, определяющие устойчивую связь движений головы и передней конечности.

V.S. Gurfinkel с соавт. (1988) обнаружили, что у человека при подъеме руки вперед наблюдается опережающее непроизвольное отклонение головы назад. Оно возникает в результате активации осевой мускулатуры, что, по мнению авторов этой работы,

1 138 способствует повышению «жесткости» позвоночника и облегчает удерживание руки. Эти данные указывали на то, что определенную роль в двигательной координации головы и руки играет биомеханический фактор. Чтобы оценить роль этого фактора в координации движений головы и лапььу собаки мы изучили влияние движений естсствснной-координации — подъема лапы и подъема головы — на положение лопатки, которая является промежуточным звеном в кинематической цепи, связывающей движение головыми-передней конечности. Регистрация мышц плеча и предплечья показала, что, хотя инструментальный подъем лапы сопровождается сгибанием в локтевом и плечевом/ суставах, при этом движении активируются только флексоры плеча ш. deltoideus и ш. teres major, тогда как флексор'локтя m. biceps brachii при подъеме лапы не активен. Это означало, что подъем лапы в естественной координации осуществляется благодаря активному сгибанию в плечевом суставе; сгибание лапы в локтевом суставе происходит пассивно за счет подъема плеча. При сокращении m. deltoideus и т. teres major лопатка поворачивается назад. Регистрация положения гребня лопатки при подъемах и опусканиях головы показала, что при опускании головы до уровня кормушки лопатка поворачивается против часовой стрелки, а верхняя точка ее гребня смещается кзади. При подъеме головы лопатка поворачивается вперед, и угол между ее задним ребром и плечевой костью увеличивается. Таким образом, подъем головы и подъем лапы действуют на лопатку в противоположных направлениях. Как известно (Бернштейн, 1947), фактическое движение каждого звена кинематической цепи определяется геометрической суммой трех составляющих: 1) силы мышц, 2) внешних сил (тяжести, сопротивления внешней среды и т.д.) и 3) реактивных сил (силы мышц других, удаленных суставных систем самого организма). Чем больше в движении участвуют реактивные и внешние силы, тем экономичнее оно построено в отношении расходования активной мышечной работы. Изучение естественной координации на мышечном уровне полностью подтвердило это положение. Оказалось, что исходный подъем лапы очень просто организован, - в нем участвуют только два упомянутых выше главных флексора плеча. Естественную координацию, проявившуюся у всех 19 подопытных собак, первоначально как единственно возможный способ подъема передней конечности в наших экспериментальных условиях, можно рассматривать как генетически закрепленную двигательную синергию, в которой упреждающий подъем головы играет вспомогательную роль позной реакции для подъема лапы. Пример такого движения дает H.A. Бернштейн: при ударе молотком всегда есть замах руки, направленный в противоположную сторону и приводящий к предварительному растяжению экстензоров плеча, которые будут активны при ударе. В наших опытах отсутствие такого «замаха» головы, поворачивающего лопатку вперед и растягивающего флексоры плеча, нарушало сгибание конечности: опускание головы закономерно приводило к разгибанию «рабочей» лапы. Кроме того, сокращение дорзальных мышц шеи при подъеме головы и флексоров< плеча при подъеме лапы оказывает противоположное действие на лопатку, что должно обеспечивать ее фиксацию и также способствовать тонической флексии лапы.

Описанный способ подъема конечности первоначально был единственно доступным, но неадекватным для решения поставленной перед животным двигательной задачи. Чтобы» получать пищу, собака должна была в тех же условиях освоить подъем лапы без смещения головы вверх, удерживая ее в опущенном состоянии около кормушки. Переход к новой координации, противоположной исходной, достигался только в результате обучения.

Чему же обучались животные, осваивая новую координацию движений головы и лапы? Существует точка зрения (Иоффе, 1975), что собака не может выполнить инструментальную реакцию потому, что ей мешает естественная координация. На этом основании делается вывод, что роль М1 в выработке новой координации сводится к тому, чтобы затормозить движения естественной координации, мешающие осуществлению вырабатываемого навыка. К таким движениям относится подъем головы перед подъемом лапы и разгибание поднятой лапы, вызываемое опусканием головы. Изучение динамики выработки инструментальной реакции, показало, что переход от фазических движений головы и лапы исходной координации к самостоятельным пищедобывательным реакциям был связан с появлением тонической флексии лапы, выполняемой с одновременными наклонами головы к кормушке. Нарастание тонической флексии лапы сопровождалось уменьшением амплитуды синхронных колебательных движений головы и лапы. Исходная взаимосвязь этих движений в течение 1-2 опытов исчезала. Далее следовал наиболее продолжительный этап обучения, связанный со стабилизацией удерживания опущенной головы и поднятой лапы во время еды. Опыты показали, что ведущим моментом в формировании новой координации являлась нарастающая по амплитуде и длительности тоническая флексия «рабочей» лапы при наклоне головы к кормушке. В этом движении наиболее явно проявлялись специфические свойства нейронов М1, - способность контролировать мышечное сокращение при поддержании нагрузки. По данным Е.У. ЕуаЛэ'а (1968; 1969) более 70% нейронов, участвующих в движениях с нагрузкой, реагируют на изменение ее величины. В ситуации, когда надо было поддерживать фиксированное положение руки при изменении'нагрузок, активность 80% нейронов была связана с изменением паттерна мышечной активности, а не с позой как таковой. D.R. Humphrey с соавт. (1970) показали, что нейронная активность может с высокой точностью контролировать изменение силы во времени. Причем, точность определяется числом участвующих нейронов. Таким образом, можно думать, что в-наших опытах контролируемый MI подъем лапы с рычагом в новой координации становится в ходе обучения все более продолжительным и устойчивым, благодаря включению все большего числа нейронов, что происходит, согласно современным представлениям, за счет активации-горизонтальных связей (Jackobs a. Donoghue, 1991; Hess et al., 1994; Sanes a. Donoghue, 2000; Майоров, 1999,2002,' 2004).

Обнаружено, что у хорошо обученных собак возможно восстановление естественной* t координации. Она проявлялась между небольшими по величине колебаниями головы и лапы в фазе удерживания, не нарушая выполнения инструментальной реакции. Задержки между однонаправленными движениями головы и лапы оставались такими же, как на ранней стадии обучения. Это означало, что программа естественной координации в ходе обучения не меняется'и остается сохранной даже в момент выполнения новой координации. Это также указывало на то, что на ранней стадии обучения подъем лапы с одновременным опусканием головы не может быть выполнен не потому, что этому мешает исходная координация; а потому, что животное еще не обучилось удерживанию поднятой лапы в позе с опущенной головой. Процесс переделки естественной координации дал основание рассматривать его как постепенное замещение исходного способа подъема лапы новым, формирующимся в процессе обучения.

М.Е. Иоффе (1975) было установлено, что выученная координация стойко нарушается как после удаления моторной области коры, так и при перерезке пирамидного тракта. Это означает, что программа новойкоординации передается из моторной коры по кортикоспинальным волокнам и через спинной мозг адресуется,непосредственно к отдельным мышцам. Чтобы оценить, на какие группы мышц в выученной координации влияет MI, у предварительно обученных собак были изучены эффекты изолированных повреждений проекционных зон, управляющих движениями головы, передней «рабочей» лапы и, в качестве контроля, задней лапы. Поскольку проекционные зоны Ml широко перекрываются (Wong et al., 1978; Murphy et ah, 1978; Kwan et al., 1979 и др.), для наиболее дифференцированной оценки влияния их выключения в каждом представительстве разрушению подвергалась только основная, так называемая ядерная зона. Было установлено, что целостность Ml не является необходимым условием для выполнения этой новой координации. После одностороннего удаления проекционной зоны задней конечности в полушарии «рабочей» лапы выученная координация оставалась сохранной. После билатерального повреждения основной части представительства шеи новая координация также не нарушалась. Этот факт указывает на то, что эта координация не зависит ни от прямого влияния Ml на мышцы шеи, ни от связей между проекционными зонами шеи и лапы. Это также расходится с предположением, что переделка естественной координации связана с обучением вытормаживанию подъема головы, упреждающего подъем лапы.

Выявлено, что только сохранность проекционной области рабочей конечности важна для осуществления выработанной координации движений головы и лапы. Эффект частичного повреждения этой области - грубое нарушение выученной и восстановление исходной координации - был сопоставим с результатами полного одностороннего удаления Ml. Различия проявлялись в сроках нарушений. После удаления всей Ml ретренинг, регулярно проводившийся в течение двух лет, не приводил к восстановлению вырабоганной координации. После локального удаления представительства передней лапы выученная ранее координация начинала восстанавливаться через 3-6 месяцев.

Изучению механизмов восстановления двигательных навыков после повреждения Ml придается большое значение (Rouiller a. Olivier, 2004). В опытах с частичным повреждением MI (Nudo et al., 1996; 1997), спинного мозга (Schmidlin et al., 2004) y обезьян после ретренинга обнаружены пластические перестройки, благодаря которым утраченное двигательное представительство, например руки, появляется в соседних проекционных зонах. Восстановление выученного движения передней лапы в наших опытах можно объяснить сохранностью так называемых рассеянных элементов представительства передней конечности в перекрывающихся соседних областях. Показательно, что удаление этих клеток, например, при повреждении области шеи, не вызывало нарушения движений передней лапы. Но их роль становилась значимой при повреждении ядерной проекционной зоны лапы.

Важным фактором в расширении функциональных возможностей клеток коры является обучение (Туе et al., 2005; Туе a. Boyadjian, 2006), в процессе которого расширяются горизонтальные связи (Kami et al., 1995; Nudo et al., 1996; Sanes a. Donoghue, 2000), повышается синаптическая эффективность (Kleim et al., 2004; Monfíls et al., 2005). Обучение в ходе ретренинга у оперированных собак происходило значительно медленнее; чем у интактных животных. В большей степени страдала устойчивость удерживания лапы. Она резко ухудшалась, если мы увеличивали вес рычага. Очевидно, что повреждение основной части представительства лапы существенно обедняло состав специфических клеток Ml, способных к управлению движениями передней конечности.

Тот факт, что только повреждение представительства «рабочей» лапы в МГвызывает нарушение двигательного навыка, позволил предположить, что осуществление новой координации — подъема лапы в необычной для животного позе с опущенной головой — может быть обусловлено изменением организации самого подъема передней конечности. Чтобы проверить эту гипотезу, мы сравнили мышечный паттерн подъема лапы в естественной и в выученной координациях, а также проследили, как изменяется^ организация подъема «рабочей» лапы у обученных собак после локальных удалений представительств задней лапы, шеи и «рабочей» конечности в ML

Миографический анализ инструментального подъема лапы у собак на ранней стадии обучения и у хорошо обученных животных показал, что эти движения существенно отличаются по своей организации. Выученный подъем лапы, выполняемый в позе с опущенной головой, имел гораздо более сложную организацию, чем исходный подъем лапы, осуществляемый со вспомогательным подъемом головы. Выученное движение лапы характеризовалось стереотипным паттерном активности флексоров плеча (mm. deltoideus, teres major, teres minor, infraspinatus), экстензора плеча (m. supraspinatus), мышцы лопатки (m. trapezius), в ряде случаев сгибателя локтя (m. biceps). В исходном подъеме лапы из всей группы зарегистрированных мышц плеча и лопатки участвовали только два основных флексора плеча (m. deltoideus и т. teres major). Исключение внешних сил при построении нового подъема конечности привело к внедрению активных мышечных добавок. В смысле мышечной работы это движение стало более сложным и затратным. Но таким способом моторнойкоройдостигалась основная цель - адекватное решение сложнойдвигательной задачи:

Полученные данные показали; что внешне одно и то же движение, каким внаших опытах являлся подъем1 передней лапы, может иметь совершенно разную организацию, разную структурную основу, а также отличаться.по своему происхождению, т.е. может быть генетически препрограммированным или приобретенным в процессе индивидуального опыта. Подъемы лапы в исходной и новой координации с позиций теории H.A. Бернштейна могут рассматриваться как движения, относящиеся к разным уровням построения. Естественная координация движений головы,и лапы по своему стереотипному, цикличному и штампообразному характеру проявления.может быть отнесена к классу синергий. Отличительной особенностью этого уровня является его способность обеспечивать высокослаженные движения всего тела. Слитность и отточенность синергий — результат их длительного филогенетического развития. Эти движения (ходьба, плавание, позные реакции, мимика) генетически предопределены. Их особенность состоит в том, что они строятся в системе координат собственного тела и имеют позную обусловленность. Изученный нами подъем лапы в естественной^ координации также неразрывно связан с позным движением головы. В естественных условиях такой способ подъема конечности может проявляться как освободительная' реакция. В1 условиях нашего эксперимента первые подъемы привязанной к рычагу лапы также носили освободительный характер. Подкрепления пищей преобразовывали их в пищевые инструментальные движения.

Морфологической основой этих движений H.A. Бернштейн рассматривал таламо-паллидарный комплекс. Наши опыты подтвердили, что естественная координация не связана с двигательными областями коры, - MI, теменной и премоторной областями (Павлова с соавт., 1986), и, очевидно, имеет подкорковое происхождение.

Новая координация движений головы и лапы контролируется MI и относится к пирамидному уровню, который H.A. Бернштейн определил как уровень пространственного поля. Характеристика этого класса движений и до настоящего времени остается наиболее полным описанием двигательной функции MI и подтверждается многочисленными современными нейрофизиологическими данными.

1) В отличие от уровня синергий, для которых ведущей является афферентация от собственного тела, уровень пространственного поля отличается приспособительностью не к собственному телу, а к пространству. В его движениях, нацеленных на овладение внешним пространством, решающую роль играют сигналы из внешней среды. Изученная в наших опытах инструментальная реакция — перемещение чашки с пищей в. определенную, доступную для еды позицию - обладает основными признаками движений уровня пространственного поля. В естественной координации движение лапы неразрывно-связано с непроизвольным вспомогательным движением головы; В противоположность этому в выученной координации собака произвольно удерживает голову около окошка, кормушки, к которому движением лапы перемещает чашку с пищей. В этой координации и движения.головы, и движения лапы нацелены на внешние ориентиры. Нарушение стабилизации положения головы в пространстве после выключения шейных рефлексов и вестибулоэктомии существенно затрудняло переход от естественной координации движений головы и лапы к новой координации и выработке инструментальной реакции. В литературе пример участия MI в движениях, для которых существенную роль играют пространственные ориентиры, имеется в работе I.N. Beloozerov'ofi и M.G. Sirota (1993). В опытах на кошках они показали, что нейроны MI, не участвуют в ходьбе по ровному полу (обеспечиваемой уровнем синергии), но активируются .при перешагивании через барьеры.

2) Движения этого уровня переместителъны — они несут, тянут, перебрасывают предметы, что доказывают многочисленные опыты.на животных. Это захват пальцами маленьких предметов или кусочков пищи у обезьян-(Lawrence and Kuypers, 1968а; Chapman and Wiesendanger, 1982; Hepp-Reymond and Wiesendanger, 1972), извлечение пищи лапой через решетку или из узких трубочек у кошек и собак (Gorska a. Sybirska, 1980; Gorska a. Zalewska-Walkowska, 1982), перемещение рычага в реакциях пищедобывания и избавления у собак (Иоффе, 1975; Бурлачкова и Иоффе, 1978; Фролов, 1989).

3) Непосредственная связь движений пирамидного уровня с объектами внешней среды обуславливает их метричность, что позволяет «гибко и точно прилаживать их к разнохарактерным условиям действительности» (Бернштейн, 1949, стр. 86). Известные нейрофизиологические данные раскрывают механизмы точностных реакций моторной коры. Установлено (Toyoshima and Sasaki, 1982), что нейроны MI являются источником более половины кортикоспинальных аксонов, влияют на активность не только а-, но и у-мотонейронов (Koeze, 1968; Koeze, et al., 1968) и способны контролировать силу мышечного сокращения как в широких, так и в очень узких диапазонах (Evarts, 1968, 1981; Cheney a. Fetz, 1978; Hepp-Reymond et al., 1978; Evarts et al., 1983). Ярким примером такого высокоточного контроля движений со стороны MI могут служить точностные инструментальные реакции, отличные по своему эффекторному составу от естественных координации; Механизмы этих движенийьу собак подробно исследовались сотрудниками F.B: Скипина и Э;А. Асратяна (Самойлов, . 1961; Асланова, 1965; Козловская и.соавт. 1966; Иванова, 1969; Иоффе и Самойлов,,1971; Козловская и Овсянников; 1974; Бурлачкова:и Иоффе; 1978; Фролов,,1989): Метричность восприятия внешнего мира отличает.Ml от следующего, более высокого уровня контроля движений; где восприятие объекта; топологично, т.е. связано не с его точной»размерностью,.а с-имеющими определенное . значение и смысл качественными признаками; .

Идея-о том, что двигательная кора функционирует как;уровень построения; контролирующий;не мышечные сокращения как таковые, а специфическийкласс. движений, впервые высказанная H. Jackson'oM (цит. поPhillips a;.Porter, 1977) и развитая Н.А. Бернштейном; постоянно находит свое подтверждение в;работах разных авторов. Как известно, нейроны МГ участвуют в управлении^движениями пальцев руки у приматов. C.G: Phillips и R. Porter (1977) обратили внимание на то, что, если обезьяны должны были; аккуратно выбирать пальцами маленькие кусочки пищи, то;, независимо от направления-движения руки; наблюдалась выраженная активация.многих нейронов ML Если же обезьяны брали более крупные куски пищи всей кистью, активность нейронов была значительно меньше; Подобный факт описан R1B; Muir и R.N. Lemon (1983). Они-показали, что у обезьян;нейроны Ml; контролирующие движения большого пальца руки, возбуждаются при сжатии пружины большим и указательным пальцами, но эти же нейроны бездействуют, когда мышца-сгибатель большого пальца,активируется в составе силового хвата при сжимании бруска всей кистью. D.S. Hoffman и E.S: Luschei (1980) также в опытах на обезьянах, обученных контролировать силу сжатия нижней челюсти, обнаружили, что подавляющее большинство нейронов Ml, участвующих в инструментальной реакции сжатия челюсти; не изменяет своей активности при обычных жевательных движениях.

Изученная в наших опытах переделка естественной координации движений головы и лапы на новую координацию поднимает вопрос о взаимодействии двух разных уровней построения движений. Как происходит переход от естественных координации к новым, формирующимся в ходе обучения? Изучению механизмов формирования новых координаций в МГ посвящены многие современные работы (McKiernan et al., 2000; Holdefer a. Miller, 2002; Jackson et al., 2003; Graziano, 2006); Существуют представления о том, что в ходе обучения Ml трансформирует исходные координации. Решающая роль в этой трансформации отводится тормозной функции MI (Ioffe, 1973; Иоффе, 2001', 2003; Wiesendanger, 1973; Kazennikov et al., 2008; Stinear et al., 2009 и др."). Полученные нами данные показали, что обучение новой координации связано не с модификацией старой. координации, а с формированием совершенно новой программы.движений вМ1, тогда как исходная координация сохраняется,у обученного животного в неизменном виде. В этой, ситуации решающее значение в осуществление двигательного навыка приобретает выбор адекватного способа выполнения движения. Согласно Н.А. Бернштейну в выборе уровняг построения главную роль играет его афферентация, его, так называемое сенсорное поле. «Каждая двигательная задача находит себе, в зависимости от своего содержания и смысловой структуры, тот или'иной уровень, иначе говоря, тот или.иной сенсорный синтез, который наиболее адекватен по качеству и составу образующих его афферентаций . требующемуся решению задачи. Этот уровень и определяется.как ведущий» (Бернштейн, 1966, стр. 97)! Исходя из этого положения, в наших опытах у собаки, уяснившей смысловую часть пищедобывательной задачи, решающее значение для выбора ее адекватного решения должна иметь афферентация от движущейся чашки с пищей и управляющей ей лапы. Подкрепление в ходе тренировки успешных движений новой координации и неподкрепление неадекватных движений естественной координации закрепляет новый двигательный навык в данной экспериментальной обстановке.

Значение соответствия различного афферентного контроля^ различных по своей' организации движений подчеркивали многие авторы (Асратян, 1966; Анохин, 1935; 1970). И.Б. Козловская (1976), подробно изучавшая значение сенсорного обеспечения для» врожденных и выработанных двигательных реакций, пришла к заключению, что эффект проприоцептивной деафферентации имеет исключительное значение для новых, выученных координации. При этом результаты деафферентации имеют сходство с повреждением Ml. Например, известно (Foerster, 1936; Lassek, 1953; Twitcell, 1954), что деафферентации приводят к грубым нарушениям изолированных движений пальцев, тогда как общая двигательная синергия кисти, сгибание руки в больших суставах страдают значительно меньше. Распад сложных координаций и возникновение синергий после деафферентаций отмечен рядом авторов (Twitcell, 1965; Gilman a. Denny-Brown, 1966). В наших опытах деафферентация шейных мышц или вестибулоэктомия заметно ухудшала, а у некоторых животных нарушала выработку новой двигательной координации, контролируемой Ml. При этом у оперированных животных перестройка естественной координации существенно замедлялась, исходная синергия движений головы и лапы сохранялась у них значительно дольше, чем у интактных животных. Очевидно, что разного рода деафферентации создают существенный дефицит информации, необходимой для создания ¿новых двигательных программ в MI.

В противовес господствовавшей в 70-80 гг. идее о том, что в центральной организации движений MI играет чисто исполнительную роль (Allen a. Tsukahara, 1974), более поздние работы, проведенные на клеточном (Asanuma, 1989 и др.), синаптическом (Kleim, 2002) и биохимическом (Hess a. Donoghue, 1999; Майоров, 2002; 2004) уровнях свидетельствуют о том, что MI непосредственно,участвует в процессе обучения. Контролируемый MI процесс формирования программы совершенно нового, ранее недоступного животному движения, был прослежен в наших опытах. Показательной в этом обучении была перестройка исходной активности мышц mm. teres minor, infra- и supraspinatus на противоположную. Эта перестройка происходила постепенно и являлась результатом тренировки. Полученные данные показали, как в ходе выработки двигательного навыка реализуется важная особенность MIj отличающая ее от других двигательных структур головного мозга, - это способность управлять деятельностью отдельных мышц (Bernard et al., 1953; Preston and Whitlock, 1961; Landgren etal., 1962a; Phillips and Porter, 1964; Rosen and Asanuma, 1972).

Выявленный механизм переделки естественной координации не стоит особняком от других вариантов двигательного обучения, в которых участвует MI. Формированием новых двигательных программ в MI можно объяснить изолированные движения пальцев у приматов, так как в конкурирующей двигательной синергии всей кисти MI не участвует (Muir a. Lemon, 1983). Еще одним примером движения, контролируемого MI, является пищедобывательная реакция у кошки по методике T. Gorska и Е. Sybirska (1980) (доставание лапой кусочка пищи из узкой трубки или стакана). Наиболее стойким нарушением этого навыка после удаления MI является ротационное движение лапы, позволяющее удерживать пищу. Известно, что это движение осуществляется с помощью одной мышцы - т. supinator, управление которой доступно только MI.

Деятельность MI принято связывать, прежде всего, с движениями дистальной мускулатуры (Lawrence a. Kuypers, 1968; Gorska a. Sybirska, 1980; Wiesendanger, 1973 и др.). И. Белоозеровой с соавт. (Beloozerova a. Sirota M.G. 1993; Beloozerova et al., 2006) изучалась активность отдельных нейронов MI у кошки при локомоции и поддержании равновесия. Вместе с тем роль MI в управлении проксимальными и аксиальными мышцами оставалась до конца не ясной. На основании результатов работы H.G.J.M.

Kuypers'a (1964), обнаружившего, что у человека на мотонейронах грудного отдела спинного мозга, иннервирующих межреберные дыхательные мышцы, имеются моносинаптические окончания пирамидных волокон, Phillips a. Porter (1977) высказали предположение, что эти окончания, возможно, позволяют контролировать дыхательную мускулатуру во время речи и пения, создавая для старых (аксиальных) мышц новые паттерны активности. Это предположение экспериментально подтверждено в наших опытах. Показано, что у собак в ходе переделки исходного способа подъема лапы на новый при участии Ml формируются совершенно новые паттерны активности мышц плеча и лопатки. Литературные данные вместе с результатами проведенных опытов позволяют следующим образом сформулировать общее представление о двигательной функции Ml. Способность Ml контролировать работу отдельных мышц, как дистальных, так и филогенетически старых, аксиальных и проксимальных, обеспечивает ей неограниченное число степеней свободы в реализации основной функции - построении новых координаций в соответствие с изменяющимися условиями внешней среды.

Библиография Диссертация по биологии, доктора биологических наук, Павлова, Ольга Геннадиевна, Москва

1. Адрианов О.С., Меринг Т.А. Атлас мозга собаки.' М.: Медгиз, 1959.238 с.

2. Адрианов О.С. Тезисы докл. 14-го совещ. по пробл. высш. нервн. деят., 1951'.

3. Анохин П.К. Проблема центра и периферии в современной физиологии нервной деятельности. В кн.: Проблема центра и периферии в физиологии нервной» деятельности. Под ред. П.К. Анохина. Горький. 1935. с. 9-70.

4. Анохин П.К. Принципиальные вопросы общей теории функциональных систем. В кт: Принципы системной организации функций. Под ред: П.К. Анохина. М:, «Наука», 1973. с. 5-61.

5. Асланова И.Ф. Роль.мозолистого тела в образовании сложных оборонительных рефлексов. Журн. высш. нерв. деят. 1965.15: 357-363.

6. Асратян Э.А. Стабильное и локальное электрофизиологическое выражение условного рефлекса. Очерки по физиологии условных рефлексов. М.: Наука. 1970. С. 109-127.

7. Асратян Э.А. Некоторые вопросы функциональной архитектуры сложных электрооборонительных двигательных условных рефлексов. В кн.: Нервные механизмы двигательной деятельности. Под ред. Э.А. Асратяна. М., «Наука», 1966. с. 329-338.

8. Балезина Н.П. Нарушение выработанной двигательной координации после повреждения ядер мозжечка у собак. Сравнительная физиология высшей нервной деятельности человека и животных. М.: Изд-во МГУ, 1988. Ч. 1.

9. Балезина Н.П., Мац В.Н. Участие ядер мозжечка в формировании и осуществлении выработаной двигательной координации у собак. Материалы VI Мсждунар. симпоз. «Структурная и функциональная организация мозжечка». Ереван: Изд-во АН АрмССР, 1991. С. 76-91.

10. Бернштейн H.A. О построении движений. М.: Медгиз, 1947. 255 с.

11. Бурлачкова Н.И., Иоффе М.Е. О специфике ядерных элементов моторной области коры в организации точностной двигательной реакции. Журн. высш. нерв. деят. 1978. 28 (1) : 475-483.

12. Василенко Ю.В. Значение эфферентных систем в построении сложных двигательных актов. Труды XV сессии Украинск. психоневрол. ин-та. 1949. 24 : 30-34.

13. Винник P.JI. О физиологическом механизме некоторых форм оборонительных двигательных рефлексов. Журн. высш. нерв. деят. 1958. 8 (5): 693-701.

14. Зеленый Г., Высотский Н., Добротина Г., Иржанская К., Медяков Ф., Наумов С., Полтырев С., Тунцова Е. Виды и способы образования ассоциативных рефлексов. Докл. VI Всес. съезда физиологов, биохимиков и фармакологов. Тбилиси, 1937. С. 165-171.

15. Иванова Н.Г. Интенсивность безусловного раздражителя как фактор, способствующий устойчивости рефлексов избегания к угашению. Журн. высш. нерв. деят. 1969. 19 : 937-943.

16. Иванова С.Н. Механизмы компенсации двигательных функций после латеральной гемисекции спинного мозга. М.: "Наука", 1980. 167 с.

17. Иоффе М.Е. Кортикоспинальные механизмы инструментальных двигательных реакций. М.: Наука, 1975. 201 с.

18. Иоффе М.Е. Механизмы двигательного обучения. М.: Наука, 1991. 135 с.

19. Иоффе М.Е. и Самойлов М.И. Влияние заднекорешковой деафферентации на систему сложного оборонительного условного рефлекса. Журн. высш. нерв. деят. 1971. 21: 487491.

20. Иоффе М.Е. Мозговые механизмы формирования новых движений при обучении: эволюция классических представлений. Журн. высш. нерв. деят. 2003. 53 (1) : 5-21.

21. Казенников О.В., Солопова И.А., Талис B.JL, Иоффе М.Е. Преднастройка перед бимануальной реакцией разгрузки: роль моторной коры в двигательном обучении. Журн. высш. нерв. деят. 2006. 56 (5): 603-610.

22. Козловская И.Б. Афферентный контроль произвольных движений. М.: «Наука», 1976. 295 с.

23. Козловская И.Б., Гасанова PJL, Иванова Н.Г. О функциональной организации сложных форм рефлексов избегания. В кн.: Труды 18-го междунар. психол. Конгр. 4-й симпоз., М., с. 112-117.

24. Козловская И.Б., Шлык Г.Г. Моторное обучение у деафферентированных жтвотных при наличии сигналов внешней обратной связи. Труды симпозиума «Мозг и движение». 1973. Ереван, с. 75.

25. Конорски Ю. Интегративная деятельность мозга. М.: Мир. 1970. 412 с.

26. Конорски Ю. и Миллер С. Условные рефлексы двигательного анализатора. В'кн.: Труды физиол. лаб. И.П. Павлова, 1936. 6 (1) : 119-278.

27. Коц Я.М., Кринский В.И., Найдин M.JL, Шик M.J1. Управление движениями суставов и кинестетическая афферентация. В кн.: Модели структурно-функциональной организации некоторых биологических систем. Под ред. И.М. Гельфанда. М., «Наука». 1966. с. 302-309.

28. Магнус Р. Установка тела. M.-JL: Изд-во АН СССР, Ленингр. Отд., 1962. 624 с.

29. Майоров В.И. НМДА-зависимые и НМДА-независимые нейронные процессы в двигательной коре кошки, расторможенной бикукулином, при выработке и воспроизведении условного рефлекса постановки лапы на опору. Журн. высш. нерв, деят. 2002. 52 (2) : 205-212.

30. Майоров В.И. Появление длиннолатентных ответов на условный сигнал в коре объясняется усилением коллатеральных связей между пирамидными нейронами. Журн. высш. нерв. деят. 2004. 54 (3) : 403-408.

31. Майоров В.И., Москвитин A.A. Длительная потенциация поздних НМДА-зависимых компонентов ответов нейронов моторной коры кошки на стимуляцию прямого коркового входа из поля 5 теменной коры. Журн. высш. нерв. деят. 1999. 49 (2) : 279286.

32. Майоров В.И., Чернышев Б.В. Активность нейронов моторной коры кошки при дифференцировке между реакциями постановки на опору правой и левой лапы, выработанными на стимуляцию теменной коры разных полушарий. Журн. высш. нерв, деят. 1994. 44 (2) : 323-333.

33. Овсянников A.B. Влияние суставной и заднекорешковой деафферентации на двигательные оборонительные условные рефлексы различной степени точности: Автореф. дисс. . канд. мед. наук. М., 1967. 22 с.

34. Петропавловский В.П. Методика условного мышечного тонуса и опыты его угашения. Медико-биол. журн. 1927. 3 (2) : 43-58.

35. Петропавловский В.П. К методике условно-двигательных рефлексов. Физиол. журн. СССР. 1934. 17(2) : 217-225.

36. Плонская Е.И. О состоянии коркового конца кинестетического анализатора в момент возбуждения пищевого центра. Труды Ин-та высш. нервн. деят., сер. физиол. 1956. 2 :95-101.

37. Попова Е.И. Инструментальные двигательные рефлексы в аспектеусловнорефлекгорной теории: Дис. .докт. мед. наук. М.: Ин-т ВНД и НФ АН ССР, 1970.-272 с.

38. Протопопов В.П. О сочетательной двигательной реакции на звуковые раздражения. Дисс. СПб., 1909.

39. Протопопов В.П. Центральная часть рефлекторной дуги оборонительного.условного рефлекса. Соврем. Психоневрология. 1931. 7 (1): 44-51.

40. Самойлов М.И. К вопросу о влиянии экстирпации коркового конца двигательного анализатора на условный двигательные оборонительные рефлексы. Тр. Ин-та высш. нерв, деятельности. Сер. физиол. 1961. 6 : 58-67.

41. Сахиулина Г.Т., Мержанова Г.Х. Электрофизиологическое выражение условного рефлекса, образованного на раздражение ядер средней линии таламуса. Журн. высш. нерв. деят. 1965. 15 (1) : 3-10.

42. Скипин Г.В. О физиологических механизмах, лежащих в основе образования оборонительных условных рефлексов. Журн. высш. нерв. деят. 1957. 7 (6): 877-888.

43. Стуль Н.И. Анализ условнорефлекторного преобразования двигательной реакции. Журн. высш. нерв. деят. 1970. 20 (5) : 941-946.

44. Стуль Н.И. Роль различных видов афферентации в осуществлении точностного движения у собак. Сенсорная организация движений. Л.: Наука, 1975'. С. 195-203.

45. Фресс П., Пиаже Ж. Экспериментальная психология. М.: Прогресс, 1973. 343 с.

46. Фролов А.Г. Мера и критерий достоверности импульсных реакций нервных клеток. Журн. высш. нерв. деят. 1977. 27 (1) :147-153.

47. Фролов А.Г. Спонтанное восстановление точностного движения и фиксации положения конечности после экстирпации соматосенсорной области коры у собак. Журн. высш. нерв. деят. 1988. 38 (2) : 257-265.

48. Фролов А.Г. Участие соматосенсорной и моторной областей коры в управлении точностными инструментальными реакциями. Автореф. дисс. канд. биол наук. М., 1989.

49. Фролов А.Г., Варга М.Е., Павлова О.Г., Мац В.Н. Изменение периферического соматосенсорного входа в моторную кору после повреждения соматосенсорныхобластей коры у собак. Журн. высш. нерв. деят. 1989. 39 (2): 366-369?

50. Фролов А.Г., Варга М.Е., Павлова О.Г., Мац В.Н. Динамика изменений соматосенсорного входа в моторную область коры после повреждения соматосенсорных корковых зон у собак. Нейрофизиология. 1990. 22 (1): 61-68.

51. Фролов А.Г., Маслов А.В., Павлова О.Г. Исследование функциональной роли моторной области коры в формировании реакции избавления у собак. Журн. высш.-нерв. деят. 1993. 43 (3) : 478-486:

52. Фролов А.Г., Мац В.Н. Различное влияние повреждения моторной области коры на точностные реакции избегания и избавления у собак. Журн. высш. нерв. деят. 1994. 44 (4-5): 691-701.

53. Фролов А.Г., Павлова О.Г. Формирование инструментальных реакций избавления на основе движений, вызываемых стимуляцией моторной коры у собак. Журн. высш. нерв. деят. 1998.48 (3) : 422-430.

54. Фролов А.Г., Павлова О.Г. Инструментализация движений, вызванных стимуляцией моторной коры, при пищевом подкреплении у собак. Журн. высш. нерв. деят. 2002. 52 (1) : 57-62.

55. Aizawa Н., Inase М., Mushiake Н., Shima К., Tanji J. Reorganisation of activity in the supplementary motor area associated with motor learning and functional recovery. 1991. Exp. Brain. Res. 84 : 668-671.

56. Albe-Fessard D. a. Liebeskind J. Origine des messages somato-sensitifs activant les cellules du cortex moteur chez le singe. Exp. Brain Res. 1966. 1 : 127-146.

57. Albus J.S. A theory of cerebellar function. Math. Biosci. 1971. 10 : 25-61.

58. Allen G.I., TsukaharaN. Cerebrocerebellar communication systems. Physiol. Rev. 1974. 54 : 957-1006.

59. Amaral D.G. The functional organization of perception and movement. In: Principles of Neural Science. Forth Edition, Edited by E.R. Kandel, J.H. Schwartz, T.M. Jessell. McGraw- Hill, Health Professions Division. 2000. pp. 341-344.

60. Anner-Baratti R., Allum J.H.J., Hepp-Reymond M.C. Neural correlatesof isometric force in the "motor" thalamus. Exp. Brain Res. 1986. 63 : 567-580.

61. Armand J. The origin, course and terminations of corticospinal fibers in various mammals. Progress in Brain Res. (Descending Pathways to the Spinal Cord). 1982. 57 : 329-360.

62. Armand J., Kalby B. Recovery of distal skills after neonatal lesion of the sensorimotor cortex in the cat. Neurosci. Lett. 1992. 138 : 45-48.

63. Asanuma H. Recent developments in the study of the columnar arrangement of neuronstwithin the motor cortex. Physiol Rev. 1975. 55 : 143-156.

64. Asanuma H. Motor Cortex. N.-Y.: Raven Press. 1989. pp. 123-133.

65. Asanuma H. a. Arissian K. Experiments on functional role of peripheral input to motor-cortex during voluntary movements in the monkey. J. Neurophysiol. 1984. 52 : 212-227.

66. Asanuma H., Larsen K., Yumiya H. Peripheral input pathways to the motor cortex. Exp. Brain Res. 1980. 38 : 349-355.

67. Asanuma H., Larsen K., Zarzecki P. Peripheral input pathways projecting to the motor cortex in the cat. Brain Res. 1979. 172 (1) : 197-203.

68. Asanuma H. a. Sakata H. Functional organization of a cortical efferent system examined with focal depth stimulation in cats. J. Neurophysiol. 1967. 30 : 35-54.

69. Asanuma H., Zarzecki P., Jankowska E., Hongo T., Marcus S. Projection of individual pyramidal tract neurons to lumbar motor nuclei of the monkey. Exp. Brain Res. 1979. 34 : 73-89.

70. Basmajian J.V., De Luca C.J. Muscles alive, their functions reveal ed by electromyography. Baltimore: Williams and Wilkins, fifth edition. 1985: 30-34.

71. Batuev A.S., Lenkov D.N., Pirigov A.A. Postsynaptic responses of motor cortex neurons of cats to sensory stimulation of different modalities. ActaNeurobioI. Exp. 1974. 34, 317-321.

72. Bortoff G.A., Strick P.L. Corticospinal terminations in two new-world primatesA further evidence that corticomotoneuronal connections provide part of the neural substrate for manual dexterity. J. Neurosci. 1993. 13 : 5105-5118.

73. Beck C.H. a. Chambers W.W. Speed, accuracy and strength of forelimb movement after unilteral pyramidotomy in rhesus monkeys. J. Comp. Physiol. Psycol. 1970. 70 : 1-22.

74. Belhaj-Saif A., Fourrant A., Maton B. Adaptation of the precentral cortical command to elbow muscle fatigue. Exp. Brain Res. 1996. 111: 401-416.

75. Belhaj-Saif A., Karrer J.H., Cheney P.D. Distribution and characteristics of poststimulus effects in proximal and distal forelimb muscles from red nucleus in the monkey. J. Neurophysiol. 1998.79(4): 1777-1789.

76. Beloozerova I.N., Sirota M.G. The role of the motor cortex in the control of accuracy of locomotor movements in the cat. J. Physiol. 1993. 461 : 1-25.

77. Beloozerova I.N., Sirota M.G., Orlovski G.N. Deliagina T.G. Comparison of activity of individual pyramidal tract neurons during balancing, locomotion, and scratching. Behav. Brain Res. 2006. 169:98-110.

78. Bernhard C.G. a. Bohm E. Cortical representation and fiinctional significance of the cortico-motoneuronal system. Arch. Neurol. Psychiatry. 1954. 72 : 473-502.

79. Bernhard C.G., Bohm E., Petersen I. Investigations on the organization of the corticospinal system in monkeys. Acta Physiologica Scandinavica. 1953. 29 suppl. 106. : 79-105.

80. Betz V.A. Anatomischer Nachweis zweier Gehirncentra. Centralblatt fur dies Medizinische Wissenschaft. 1874. 12 : 578-580, 595-599.'

81. Biber M.P., Kneisley L.W., La Vail J.H. Cortical neurons projecting to the cervical and lumbar enlargements of the spinal cord in young and adult rhesus monkeys. Exp. Neurol. 1978. 59 : 492-508.

82. Bizzi E., Dev P., Morasso P., Polit A. Effect of load disturbances during centrally initiated movements. J. Neurophysiol. 1978. 41-: 542-556.

83. Bizzi E., Kalil R.E., Morasso P., Tagliasco V. Central programming and peripheral-feedback during eye-head coordination in monkeys. Bibl. Ophthalmol. 1974. 82 : 220-232.

84. Bizzi E., Polit A., Morasso P. Mechanisms underlying achievement of final head position. J. Neurophysiol. 1976. 39 : 435-444.

85. Bliss T.V.P. a. Lomo T. Long-lasting potentiation of synaptic transmission in the dentate area of the anesthetized rabbit following stimulation of the perforant path. J. Physiol (London). 1973.232 : 331-356.

86. Brooks V.B. The Neural Basis of Motor Control. N.Y.: Oxford Univ. press. 1986.

87. Bucy P.C. a. Fulton J.F. Ipsilateral representation in the motor and premotor cortex of monkeys. Brain. 1933. 41 : 318-342.

88. Buser P. Subcortical controls of pyramidal activity. In: The Thalamus. Eds. D.P. Purpura, M.D.Yahr. Columbia University Press, N.-Y. a. Lond. 1966. pp. 323-347.

89. Buser P. a. Imbert M. Sensory projections to the motor cortex in cats: a microelectrode study. In: Sensory Communication. Ed. W.A. Rosenbith. M.I.T. Press, Cambridge, Massachusetts. 1961. pp.607-626.

90. Castman-Berrevoets C.E. a. Kuypers Y.G.J.M. Cells of origin of cortical projections to dorsal column nuclei, spinal cord and bulbar medial reticular formation in the rhesus monkey. Neurosci. Let. 1976. 3 : 245-252.

91. Chan C.W.Y., Melvill-Jones G., Kearney R.E., Watt D.G.D. The "late" electromyographic response to limb displacement in man. 1. Evidence for supraspinal contribution. EEG a. Clinical Neurophysiol. 1979. 46 : 173-181.

92. Chapman C.E. a. Wiesendanger M. Recovery of function following unilateral lesions of the bular pyramid in the monkey. EEG a. Clinical Neurophysiol. 1982. 53: 374-387.

93. Cheney P.D. a. Fetz E.E. Functional Classes of primate corticomotoneuronal cells and their relation to active force. J. Neurophysiol. 1980: 44: 773-791.

94. Cohen A., Ivry R.J., Keele S.W. Attention and structure in sequence learning. J. Exptl. Psychol. Learn. Met.Cogn.1990. 16 (l):17-30.

95. Conrad B., Matsunami K., Meyer-Lohmann J, Wiesendanger M., Brooks V.B. Cortical load compensation during voluntary elbow movements. Brain Res. 1974. 71 : 507-514.

96. Conrad B., Meyer-Lohmann J, Matsunami K., Brooks V.B. Precentral unit activity following torque pulse injections into elbow movements. Brain Res. 1975. 94 : 219-236.

97. Coulter J.D., Ewing L., Carter C. Origin of primary sensomotor cortical projections to lumbar spinal cord of cat and monkey. Brain Res. 1976. 103 : 366-372.

98. Crutcher M.D. a. DeLong M.R. Single cell studies of the primate putamen. II. Relations to direction of movement and pattern of muscular activity. Exp. Brain Res. 1984. 53 : 244-258.

99. Daly-Ralston DI a. Ralston H.J. III. The terminations of corticospinal tract axons in the macaque monkey. J. Comp. Neurol. 1985. 242 : 325-337.

100. DeLong M.R Activity of pallidal neurons during movements. 1971. J. Neurophysiol. 34 : 414-427.

101. DeLong M.R. a. Strick P.L. elation of basal ganglia and motor cortex units to ramp and ballistic limb movements Brain Res. 1974. 71 : 327-335.

102. Denny-Brown D. Disintegration of motor function resulting from cerebral lesions. J. Nervous Mental Desease. 1950. 112 : 1-45.

103. Denny-Brown D. The Cerebral Control of Movements. Liverpool, Liverpool University Press, 1966.

104. Denny-Brown D. a. Botterell E.H. The motor function of the agranular frontal cortex. Research Publications-Association for Research in Nervous and Mental Desease. 1947. 27 : 235-345.

105. Dum R.P. a. Strick P.L. Spinal cord terminations of the medial wall motor areas in macaque monkeys. J. Neurosci. 1996. 16 : 6513-6525.

106. Ewald J.R. Physiologische Untersuchungen über das Endorgan des Nervus octavus. Wiesbaden, 1892. 196 p.

107. Evarts E.V. Pyramidal tract activity associated with a conditioned hand movement in monkey. J. Neurophysiol. 1966. 29: 1011-1027.

108. Evarts E.V. Relation of pyramidal tract activity to force exerted during voluntary movements. J. Neurophysiol. 1968.31(1): 14-27.

109. Evarts E.V. Activity of pyramidal tract neurons during postural fixation. J. Neurophysiol. 1969. 32 :375-385.

110. Evarts E.V. Activity of ventralis lateralis neurons prior to movement in the monkey. The Physiologist. 1970. 13 (3): 191.

111. Evarts E.V. Activity of thalamic and cortical neurons in relation to learned movement in the monkey. Int J. Neurol. 1971. 8: 321-326.

112. Evarts E.V. Activity of motor cortex neurons in association with learned movement. Int J. Neurosci. 1972.3: 113-124.

113. Evarts E.V. Motor cortex reflexes associated with learned movement. Science. 1973. 179 : 501-503.

114. Evarts E.V. Precentral and postcntral cortical activity in association with visually triggered movement. J. Neurophysiol. 1974. 37: 373-381.

115. Evarts E.V. Role of motor cortex in voluntary movement in primates. In: Handbook of Physiol. The Nervous System. Motor Controle Ed. J.M. Brookhart et al., Bethesda (Md): American Physiological Society. 1981. 2 (23) : 1083-1120.

116. Evarts E.V. a. Fromm C. Sensory responses in motor cortex neurons during precise motor control. Neurosci. Lett. 1977. 5 : 267-272.

117. Evarts E.V. a. Fromm C. Transcortical reflexes and servo control of movement. Canadian J. Physiol. Pharmacol. 1981. 59 :757-775.

118. Evarts E.V., Fromm C., Kroeller J., Jennings V.A. Motor cortex control of finely graded forces. J. Neurophysiol. 1983. 49 : 1199-1215.

119. Evarts E.V., Shinoda Y., Wise S.P. Neurophisiological Approaches to Higher Brain Functions. N.-Y., John Wiley and Sons, 1984.

120. FranckF. Lesons sur les fonct. Cerveau. Paris 1887.

121. Ferrier D. Experiments on the brain of the monkey. Proceedings of the Royal Society of London, Series B. 1875. 23 : 409-430.

122. Fetz E.E. a. Baker M.A. Response properties of precentral neurons in awake monkeys. Physiologist. 1969. 12 : 223.

123. Fetz E.E. a. Cheney P.D. Muscle fields of primate corticomotoneuronal cells. J. de Physiologie (Paris). 1978. 74 : 239-245.

124. Fetz E.E., Finocchio D.V., Baker M.A., Soso M.J. Sensory and motor responses of precentral cortex cells during comparable passive and active joint movements. J. Neurophysiol. 1980. 43 : 1070-1089.

125. Foerster O.I. I. Restitution der Motilität. Deutsche Zeitschrift fiir Nervenheilkunde. 1930. 115 :296-314.

126. Foerster O.I. Symptomatologie der Erkrankungen des Rückenmarks und seiner Wurzeln. In: Handbuch fur Neurologie, Bd. 5. Bumke, O. Foerster (Eds.). Berlin, Springer-Verlag. 1936. 403 p.

127. Friedman D.P., Jones E.G. Thalamic input to areas 3a and 2 in monkeys.J. Neurophysiol. 1981.45 : 59-85.

128. Fromm C., Evarts E.V. Relation of motor cortex neurons to precisely controlled and ballistic movements. Neurosci. Lett. 1977. 5 : 259-265.

129. Fritsch G., Hitzig E. Ueber die elektrische Erregbarkeit des Grosshirns. Arch. Anat. Phisiol. Wissensch. Med. 1870. 2 : 300-322.

130. FukudaT. Statokinetic Reflexes in Equilibrium and Movement. Tokyo: Univ. Tokyo Press, 1984.311 p.

131. Fulton J.F. Physiology of the Nervous System. 2nd ed. Oxford, Oxford Univ. Press. 1943.

132. Fuster J.M. The Prefrontal Cortex: Anatomy, Physiology, and Neuropsychology of the Frontal Lobe. 3rd ed. Philadelphia/New York: Lippincott-Raven. 1997.

133. Georgopoulos A.P., Kalaska J.F., Caminiti R., Massey J.T. On the relations between the direction of two-dementional arm movements and cell discharge in primate motor cortex. J. Neurosci. 1982. 2 : 1527-1537.

134. Georgopoulos A.P., Schwartz A.B., Kettner R.E. Neuronal population coding of movement direction. Science. 1986. 233 : 1416-1419.

135. Gilman S., Denny-Brown D. Disorders of movement and behaviour following dorsal column lesions. Brain. 1966. 89 : 397-418.

136. Gilman S., Marco L.A, Ebel H.C. Effects of medullary pyramidotomy in the monkey. II Abnormalities of spindle afferent responses. Brain. 1971. 94 : 515-530.

137. Godschalk M., Lemon R.N., Kuypers H.G.J.M., Ronday H.K. Cortical afferents and effects of monkey postarcuate area: An anatomical and electrophysiologocal study. Exp. Brain Res. 1984. 56 :410-424.

138. Gorska T. Functional organization of cortical motor areas in the dog and puppies. Acta Neurobiol. Exper. 1974. 34:171-203.

139. Gorska T., Zalewska-Walkowska M. Effects of pyramidal lesions on manipulatory movements in the dog. An ontogenetic approach. Acta Biol. Exp. 1982. 42 : 343-387.

140. Gorska T., Sybirska E. Effects of pyramidal lesions on forelimb movements in the cat. Acta Neurobiol. Exper. 1980. 40 : 843-859.

141. Grafton S.T., Mazziotta J.C., Presty S., Friston K.J., Frackowiak R.S.J., Phelps M.E. Functional anatomy of human procedural learning determined with regional cerebral blood flow and PET. Neurosci. 1992. 12:2542-2548.

142. Graziano M.S.A. The organization of behavioral repertoire in motor cortex. Annual Rev. Neurosci. 2006.29 : 105-134.

143. Graziano M.S.A. a. Aflalo T.N. Rethinking cortical organization: moving away from discrete areas arranged in hierarchies. The Neuroscientist. 2007. 13 (2): 138-147.

144. Graziano M.S.A., Taylor S.R., Moore T. Complex movements evoked by microstimulation of precentral cortex. Neuron. 2002. 34 : 841-851.

145. Graziano M.S.A., Taylor S.R., Moore T., Cooke F. The cortical control of Movement Revisited. Neuron. 2002. 36 : 349-362.

146. Graziano M.S.A., Taylor C.S.R., Moore T. Complex movements evoked by microstimulation of precentral cortex. Neuron. 2002. 34 : 841-851.

147. Grigg P. a. Preston J.B. Baboon flexor and extensor fusimotor neurons and their modulation by motor cortex. J. Neurophysiol. 1971. 34 : 428-436.

148. Groos W.P., Ewig L.K., Carter C.M., Coulter J.D. Organization of corticispinal neurons in the cat. Brain Res. 1978. 143: 393-419.

149. Grunbaum A.S.F. a. Sherrington C.S. Observations on the physiology of the cerebral cortex -of some of the higher apes. (Preliminary communication.) Proceedings of the Royal Society of London, Series B. 1902. 69 : 206-209.

150. Gurfinkel V.S., Lipshits M.I., Lestienne F.G. Anticipatory neck muscle activity associated with rapid arm movements. Neurosci. Lett. 1988. 94 : 104-108.

151. Haider P., Sterr A., Brem S., Bucher K., Kollias S., Brandels D. Electrophysiological evidence for cortical plasticity with movement repetition. Eur. J. Neurosci. 2005. 21 : 22712277.

152. Hamada I. a. Kubota R. Monkey pyramidal tract neurons and changes of movement parameters in visual tracking. Brain Res Bull. 1979. 4 : 249-257.

153. Hammond P.H. The influence of prior instruction to the subject on an apparently involuntary neuro-muscular response. J. Physiol. (London). 1956. 132 : 17-18.

154. Hayashi S., Hasegawa Y., Kasai T. Further insight into the task-dependent excitability of motor evoked potentials in first dorsal interosseous muscle in humans. Exp. Brain Res. 2001. 95 : 64-68.

155. Hayes N.L. a. Rustioni A. Descending projections from brainstem and sensorimotor cortex to spinal enlargements in the cat. Exp. Brain Res. 1980. 41 : 89-107.

156. Heath C.J., Hore J., Phillips C.G. Inputs from low threshold muscle and cutaneous afferents of hand and forearm to areas 3a and 3b of baboon's cerebral cortex. J. Physiol. (London). 1976. 257 : 199-227.

157. Heffner R. a. Masterton B. Variation in form of the pyramidal tract and its relationship to digital dexterity. Brain, Behav. Evol. 1975. 12 : 161-200.

158. Hepp-Reymond M.-C. Functional organization of motor cortex and its participation in voluntary movements. Neurosciences. Eds. H.D. Steklis, J. Ervin. N.Y.: A.R. Liss Inc., 1988. pp. 501-624.

159. Hepp-Reymond M.-C. a. Wiesendanger M. Unilateral pyramidotomy in monkeys: Effect on force and speed of a conditioned precision grip. Brain Res. 1972. 36 (1) : 117-131.

160. Hepp-Reymond M.-C., Trouche E., Wiesendanger M. Effects of unilateral and bilateral pyramidotomy on a conditioned rapid precision grip in monkeys. Exp. Brain Res. 1974. 21 : 519-527.

161. Hepp-Reymond M.-C., Wyss U.R., Anner R. Neuronal coding of static force in the primate motor cortex. J. de Physiologie (Paris). 1978. 74 : 287-291.

162. Hern J.E.C., Landgren S., Phillips C.G., Porter R Selective excitation of corticofugal neurones by suface-nodal stimulation of the baboon's motor cortex. J. Physiol. (London). 1962. 161 : 73-90.

163. Hikosaka O., Tanaka M., Sakamoto M., Iwamura Y. Deficits in manipulative behaviors induced by local injections of muscimol in the first somatosensory cortex of the conscious monkey. Brain Res. 1985. 325 : 375-380.

164. Hilgard E.R. a. Marquis D.G. Conditioning and Learning. N.Y., Appleton-Century-Crofts, 1940.

165. Hines M. Control of movements by the cerebral cortex in primates. Biol. Rev. 1942-1943. 17/18 : 1-31.

166. Hines M. Significance of the precentral motor cortex. In: The Precentral Motor Cortex. Ed. P.C. Bucy. Urbana, University of Illinois Press. 1944. pp. 461-494.

167. Hoffer J.A., Loeb G.E., Marks W.B., O' Donovan M.J., Pratt C.A., Sugano N. Cat hindlimb motoneurons during locomotion. 1. Destination, axonal conduction velocity, and recruitment threshold. J. Neurophysiol. 1987. 57 (2): 510-529.

168. Hoffer J.A., Sugano N., Loeb G.T., Marks W.B., O' Donovan M J., Pratt C.A. Cat hindlimb motoneurons during locomotion. 11. Normal activity patterns. J. Neurophysiol. 1987. 57 (2): 530-573.

169. Hoffman D.S. a. Luschei E.S. Responses of monkey precentral cortical cells during a controlled jaw bite task. J. Neurophysiol. 1980. 44 : 333-348.

170. Holdefer R.N. a. Miller L.E. Primary motor cortical neurons encode functional muscle synergies. Exp. Brain Res. 2002. 146 : 233-243.

171. Home M.K. a. Tracey D.J. The afferents and projections of the ventroposterolateral thalamus in the monkey. Exp. Brain Res. 1979. 36 : 129-141.

172. Hyvarinen, J. Posterior parietal lobe of primate brain. Physiological Review. 1982. 6 :1060-1129.

173. Ioffe M.E. Pyramidal influence in establishment of new motor coordinations in dogs. Physiol. Behav. 1973. 11 (2) : 145-153.

174. Ioffe M.E., Frolov A.A., Konnov M.I., Kiseljova N.V., Birjukova E.V. The learned rearrangement of an inborn postural pattern. Physiol, bohemosl. Suppl. 1985. 34 : 63-66.

175. Ioffe M.E., Massion J., GantchevN. Coordination between posture and movement in a bimanual load-lifting task: is there a transfer? Exptl. Brain Res. 1996. 109 (3): 450-456.

176. Jacobs K.M., Donoghue J.P. Reshaping the electrical motor map by unmasking latent intracortical connections. Science. 1991. 251 : 944-947.

177. Jacobsen C.F. Influence of motor and premotor area lesions upon the retention of acquired skilled movements in monkeys and chimpanzees. Research Publication-ssociaion for Research in Nervous and Mental Disease. 1934. 13 : 225-247.

178. Jackson A., Gee V.J., Baker S.N., Lemon R.N. Synchrony between neurons with similar muscle fields in monkey motor cortex. Neuron. 2003. 38 : 115-125.

179. Jankowska E., Padel Y., Tanaka R. Projections of pyramidal tract cells to alpha-motoneurones innervating hind-limb muscles in the monkey. J. Physiol. (London). 1975a. 249- 637-667.

180. Jankowska E., Padel Y*., Tanaka R. The mode of activation of pyramidal tract cells by intracortical stimuli. J. Physiol. (London). 1975b. 249 : 617-636.

181. Jankowska E., Padel Y., Tanaka R. Disynaptic inhibition of spinal motoneurones from the motor cortex in the monkey. J. Physiol. (London). 1976. 258 : 467-487.

182. Jones E.G. a. Porter R. What is area 3a? Brain-Res. Rev. 1980. 2 : 1-43.

183. Jones E.G. a. Powell T.P.S. Connexions of the somatic sensory cortex of the rhesus monkey. I. Ipsilateral cortical connections. Brain. 1969. 92 : 477-502.

184. Jones E.G., Coulter J.D., Hendry S.H.C. Intracortical connectivity of architectonic fields in the somatic sensory mo tor, and parietal cortex of monkeys. J. Comp. Neurol. 1978. 181 : 291-348.

185. Kargo W.J. a. Nitz D.A. Early skill learning is expressed through selection and tuning of cortically represented muscle synergies. J. Neurosci. 2003. 23 (35) : 11255-11269.

186. Kami A., Meyer G., Jezzard P., Adams M.M., Turner R., Ungerleider L.G. Functional MRI evidence for adult motor cortex plasticity during motor skill learning. Nature. 1995. 377 : 155-158.

187. Kazennikov O., Solopova I., Talis V., Ioffe M. Anticipatory postural adjustment: the role of motor cortex in the natural and learned bimanual unloading. Exp. Brain Res. 2008. 186 : 215-223.

188. Kemp J.M., Powell T.P.S.The connections of the striatum and globus pallidus: synthesis and speculation. Phil. Trans. R. Soc. B.1971. 262 : 441-457.

189. Kennard M.A. Relation of age to motor impairment in man and subhuman primates. Arch Neurol. Psychiatry (Chicago). 1940. 44 : 377-397.

190. Kennard M.A. Somatic functions. In: The Precentral Motor Cortex. Ed. P.C. Bucy. Urbana, University of Illinois Press. 1944. pp.245-276.

191. Koeze T.H., Phillips C.G. Sheridan J.D. Thresholds of cortical activation of muscle spindles and a-motoneurones of the baboon's hand. J. Physiol.(London). 1968. 195 : 419-449.168i

192. Kiinzle H. Cortico-cortical efferents of primary motor and somatosensory regions of the / cerebral cortex in Macaca fascicularis. Neuroscience. 1978a. 3 : 25-39.

193. Kiinzle H. An autoradiographic analysis of the efferent connections from premotor and» adjacent prefrontal regions (Areas 6 and 9) in Macaca fascicularis. Brain, Behav. Evol. 1978b. 15 : 185-234.

194. Kuypers H.G.J.M. The descending pathways to the spinal cord, their anatomy and function. Progress in Brain Res. 1964. 11 : 178-202.

195. Kwan H.C., Murphy J.T., Repeck M.M. Control of stiffness by the medium latency EMG response to limb perturbation.Canadian J. Physiol. Pharmacol. 1979. 57 : 277-285.

196. Lamarre Y., Bioulac B., Jacks B. Activity of precentral neurones in conscious monkey: Effects of deafferentation and cerebellar ablation. J. de Physiologie (Paris). 1978. 74 : 253264.

197. Lamarre Y., Spidalieri G., Lund J.P. Patterns of muscular and motor cortical activity during a simple arm movement in the monkey. Canadian J. Physiol. Pharmacol. 1981. 59 : 748756.

198. Lamarre Y., Busby L., Spidalieri G. Fast ballistic arm movements triggered by visual, auditory, and somesthetic stimuli in the monkey. I. Activity of precentral cortical neurons. J. Neurophysiol. 1983. 50 : 1343-1358.

199. Lamour Y., Jennings V.A., Solis H. Functional characteristics and segregation of cutaneous and noncutaneuos neurons in monkey precentral cortex. Society for Neuroscience Abstracts. 1980. 6 : 158.

200. Landgren S., Phillips C.G., Porter R. Minimal synaptic actions of pyramidal impulses on some alpha motoneurones o the baboon's hand and forearm. J. Physiol (London). 1962a. 161 : 91-111.

201. Landgren S., Phillips C.G., Porter R. Corical fields of origin of the monosynaptis pyramidal pathways to some alpha motoneurones o the baboon's hand and forearm. J. Physiol (London). 1962b. 161 : 112-125.

202. Lashley K.S. Studies of cerebral function in learning. V. The retention of motor habits after destruction of the so-called motor areas in primates. Archives of Neurology and Psychiatry. 1924. 12:249-276.

203. Lassek A.M.' Inactivation of voluntary motor function following rhizotomy. J. Neuropathol. Exp. Neurol. 1953. 12 : 83-87.

204. Laursen A.M. Task dependence of slowing after pyramidal lesions in monkeys. J. Comp. Physiol. Psychol. 1977. 91 : 897-906.

205. Laursen A.M. a Wisendanger M. The effect of pyramidal lesions on response latency in cats. Brain Res 1967. 5 : 207-220.

206. Lawrence D.G. a. Kuypers H.G.J.M. The functional organization^the motor system in the monkey. I. The effects of bilateral pyramidal lesions. Brain. 1968. 91(1): 1-14.

207. Lawrence D.G., Porter R., Redman S.J. Corticomotoneuronal synapses in the monkey: Light microscopic localization upon motoneurons of intrinsic muscles of the hand. J. Comp. Neurol. 1985.232:499-510.

208. Lemon R.N. Short-latency peripheral inputs to the motor cortex in conscious monkeys. Brain Res. 1979. 161 : 150-155.

209. Lemon R.N. a. Porter R. Afferent input to movement related precentral neurons in conscious monkeys. Proceedings of the Royal Society of London, Series B. 1976. 194 : 313-339.

210. Lemon R.N. a. van der Burg J. Short-latency peripheral inputs to thalamic neurons projecting to the motor cortex in the monkey: Exp. Brain Res. 1979. 36 : 445-462.

211. Lemon R.N., Hanby J.A., Porter R. Relationships between the activity of precentral neurones during active and passive movements in conscious monkeys. Proceedings of the Royal Society of London, Series B. 1976. 194 : 341-373.

212. Leyton A.S.F. a. Sherrington C.S. Observations on the excitable cortex of the chimpanzee, orang-utan, and gorilla. Quarterly Journal of Experimental Physiology. 1917. 11 : 135-222.

213. Liddell E.G.T. The Discovery of Reflexes. Oxford, Clarendon Press, 1960.

214. Liddell E.G.T. a. Phillips C.G. Pyramidal section in the cat Brain. 1944. 67 : 1-10.

215. Lim R.K.S., Liu Ch.-N., Moffitt R.L. A Stereotaxic Atlas of the Dog's Brain. Springfield, Illinois, USA: Charles C. Thomas. Publ., 1960. 93 p.

216. Lucier G.E., Rtiegg D.C., Wiesendanger M. Responses of neurones in motor cortex and in area 3a to controlled stretches of forelimb muscles in cebus monkeys. J. Physiol. (London). 1975. 251 : 833-853.

217. Lundberg A. a. Voorhoeve P. Effects from the pyramidal tract on spinal reflex arcs. Acta physiol. Scand. 1962. 56 : 220- 229.

218. Macpherson J.M., Rasmusson D.D., Murphy J.T. Activities of neurons in "motor" thalamus during control of limb movement in the primate. J. neurophysiol. 1980. 44 : 11-28.

219. Marr D. A theory of cerebellar cortex. J. Physiol. (London). 1969. 202*: 437-470:

220. Marsden C.D., Merton P.A., Morton H.B. Human Postural responses. Brain: 1981. 104 : 513-534.

221. Marsden C.D., Merton P.A., Morton H.B., Adam J. The effect of posterior column lesions, on servo responses from the human long thumb flexor. Brain. 1977. 100 : 185-200.

222. Marsden C.D., Merton P. A., Morton H.B., Adam J.The effect of lesions of the sensorimotor cortex and the capsular pathways on servo responses from the human long thumb flexor. Brain: 1977. 100 : 503-526.

223. Matelli M., Camarda R., Glickstein M., Rizzolatti G. Interconnections within the postarcuate cortex (area 6) of the macaque monkey. Brain Res. 1984. 310 : 388-392.

224. Matsumura Ml. a. Kubota K. Cortical projection to hand-arm motor area from post-arcuate area in macaque monkeys: A histological study of retrograde transport of horseradish peroxidase. Neurosci. Let. 1979. 11 : 241-246.

225. Matsunami K., Hamada I. Precentral neuron activity associated with ipsilateral forelimb movements in monkeys. J. de Physiologie (Paris). 1978. 74 : 319-322.

226. McKiernan B.J., Marcario J.K., Karrer. J.H., Cheney P.D. Correlations between cortico-motoneuronal (CM) cell postspike effects and cell-target muscle covariation. J. Neurophysiol. 2000. 83 : 99-115.

227. Megirian D. a. Throth R. Vestibular and muscle nerve connections to pyramidal tract neurons of cat. J. Neurophysiol. 1964. 27 : 481-492.

228. Melvill J.C. Posture. In: Principles of Neural Science. Forth Edition/ Eds. Kandel E.R., Schwartz J.H., Jessell T.M. New York Toronto: McGraw-Hill, 2000. pp. 816-831.

229. Melvill-Jones G. a. Watt D.G.D. Observations on the control of stepping and hopping movements in man. J. Physiol. (London). 1971. 219 : 709-727.

230. Merzenich M.M., Raas J.H., Sur M., Lin C.-S. Double representation of the body surface within cytoarchitectonic areas 3b and 1 in "SI" in the owl Monkey (Aotus trivirgatus). J. Comp. Neurol., 181 : 41-74, 1978.

231. Meyer-Lohmann J., Hore J., Brooks V.B. Cerebellar participation in generation of prompt arm movements. J. Neurophysiol. 1977. 40 : 1038-1050.

232. Miller M.E. Anatomy of the Dog. Philadelphia-London: W.B. Saunders Co., 1964. 941 p.

233. Moll L. a. Kuypers H.G.J.M. Premotor cortical ablations in monkeys: Contralateral changes in visually guided reaching behavior. Science. 1977. 198 : 317-319.

234. Monfils M.H., Plautz E.J., Kleim J. A. In search of the motor engramA motor map plasticity as a mechanism for encoding motor experience. Neuroscientist. 2005 11 (5): 471-483.

235. Mountcastle V.B., Lynch J.C., Georgopoulos A., Sakata H., Acuna C. Posterior parietal association cortex of the monkey: Command functions for operations within extrapersonal space. J. Neurophysiol., 1975. 38 : 871-908.

236. Muakkassa K.F., StrickP.L. Frontal lobe inputs to primate motor cortex: Evidence for four somatotopically organized premotor areas. Brain Res. 1979. 177: 176-182.

237. Muir R.B. a. Lemon R.N. Corticospinal neurons with a special role in precision grip. Brain Res. 1983.261 : 312-316.

238. Murphy J.T., Kwan H.C., MacKay W.A., Wong Y.C. Spatial organization of precentral cortex in awake primates. III. Input-output coupling. J. Neurophysiol. 1978. 41:11321139.

239. Murray E.A. a. Coulter J.D. Organization of corticospinal neurons in the monkey. J. Comp. Neurol. 1981. 195 : 339-365.

240. Murray E.A. a. Mishkin M. Relative contributions of SII and area 5 to tactile discrimination in monkeys. Behav. Brain Res. 1984. 11 : 67-83.

241. Mushiake H., Inase M., Tanji J. Neuronal activity in the primate premotor, supplementary, and precentral motor cortex during visually guided and internally determined sequential movements. J. Neurophysiol. 1991. 66 : 705-718.

242. Nudo R.J., Milliken G.W., Reorganization of movement representations in primary motor cortex following focal ischemic infarcts in adult squirrel monkeys. J. Neurophysiol. 1996. 75 :2144-2149.

243. Nudo R.J., Milliken G.W., Jenkins W.M., Merzenich M.M. Use-dependent alterations of movement representations in primary motor cortex of adult squirrel monkeys. J. Neurosci. 1996. 16:785-807.

244. Nudo R.J., Plautz E.J., Milliken G.W. Adaptive plasticity in primate motor cortex as a consequence of behavioral experience and neuronal injury. Seminars in Neurosci. 1997. 9 : 13-23.

245. Nudo R.J., Wise B.M., SiFuentes F., Milliken G.W. Neural substrates for the effects of rehabilitative training on motor recovery after ischemic infarct. Science. 1996. 272 : 17911794.

246. Pandya D.N. a. Kuypers H.G.J.M. Cortico-cortical connections in the rhesus monkey. Brain Res. 1969: 13 : 13-36.

247. Park M.C., Belhaj-Saif A., Cheney P.D. Chronic recording of EMG activity from large numbers of forelimb muscles in awake macaque monkeys. J. Neurosci. Methods. 2000. 96 (1): 153-160.

248. Parlow S .E., Dewey D. The temporal locus of transfer of training between hands: an interference study. Behav. Brain Res. 1991. 46 (1): 1-8.

249. Pascual-Leone A., Nguyet D., Cohen L.G., Brasil-Neto J.P., Cammarota A., Hallett M. Modulation of muscle responses evoked by transcranial magnetic stimulation during the acquisition of new fine motor skills. J. Neurophysiol. 1995. 74 : 1037-1045.

250. Petras J.M.- Corticospinal fibers in New World and Old-World simians. Brain Res. 1968. 8 : 206- 208.

251. Penfield W. a. Rasmussen T. The Cerebral Cortex of Man. A Clinical Study of Localisation of Function. New-York, Macmillan, 1950.

252. Phillips C.G. a. Porter R. The pyramidal projection to motoneurones of some muscle groups of the baboon's forelimb. Progress in Brain Res. 1964. 12 : 222-242.

253. Phillips C.G. a. Porter R. Corticospinal Neurones. Their Role in Movement. London, Academic Press, 1977. 450 p.

254. Phillips C.G., Powell T.P.S., Wiesendanger M. Projection from low-threshold muscle afferents of hand and forearm to area 3a of baboon's cortex. J. Physiol. (London). 1971. 217 : 419-446.

255. Pinto-Humuy T. Retention and performance of "skilled" movements after cortical ablation in monkeys. Bulletin of the Jhon Hopkins hospital. 1956. 98 : 417-444.

256. Plautz E.J., Milliken G.W., Nudo R. J. Differential effects of skill acquisition and motor use on the reorganization of motor representations in area 4 of adult squirrel monkeys. Soc. Neurosci. Abstr. 1995. 21 : 1902.

257. Porter R. Relationship of the discharges of cortical neurones to movement in free-to-move monkeys. Brain Res. 1972. 40 : 39-43.

258. Porter R. The corticomotoneuronal component of the pyramidal tract: Corticomotoneuronal *connections and functions in primates. Brain Res. Rev. 1985. 10 : 1-26.

259. Porter R. a. Lewis M. McD. Relationship of neuronal discharges in the precentral gyrus of monkeys to the performance of arm movements. Brain Res. 1975. 98 : 21-36.

260. Preston J.B. a.Whitlock D.G. Intracellular potentials recorded from motoneurons following precentral gyrus stimulation in primates. J. Neurophysiol. 1961. 24 : 91.

261. Rexed B. A cytoarchitectonic atlas of the spinal cordin the cat. J. Comp. Neurol. 1954. 100 : 297-380.

262. Roberts T.D.M. Neurophysiology of Postural Mechanisms. L.: Butterworths, 1967.354 p.

263. Roland P.E., Larsen B., Lassen N.A., Skinhoj E. Supplementary motor area and other cortical areas in organization of voluntary movements in man. J. Neurophysiol. 1980. 43 : 118-136.

264. Rosen L. a. Asanuma H. Peripheral afferent inputs to the forelimb area of the monkey motor cortex: input-output relations. Exp. Brain Res. 1972. 14 : 257-273.

265. Sakata H., Taira M., Murata A., Mine S. NeuralMechanisms of visual guidance of hand action in the parietal cortex of the monkey. Cerebral Cortex. 1995. 5 : 429-438.

266. Sanes J.N., Donoghue J.P.Plasticity and primary motor cortex. Ann. Rev. Neurosci. 2000. 23 : 393-415.

267. Sanes J.N., Suner S., Donoghue J.P. Dinamic organization of primary motor cortex output to target muscles in adult rats. I. Long-term patterns of reorganization following motor or mixed peripheral nerve lesions. 1990. Exp. Brain Res. 79 : 479-491.

268. Schell G.R. a. Strick P.L. The origin of thalamic inputs to the arcuate premotor and supplementary motor areas. J. Neurosci. 1984. 4 : 539-560.

269. Schieber M.H. a. Hibbard L.S. How somatotopic is the motor cortex hand area? Science. 1993. 261 :489-492.

270. Schmidt E., Jost R.G., Davis K.K. Reexamination of the force relationship of cortical cell discharge patterns with conditioned wrist movements. Brain Res. 1975. 83 : 213-223.

271. Schor RH., Kearney R.E., Dieringer N. Reflex stabilization of the head. Control of Head Movement / Eds. Peterson B.W., Richmond F.J. New York: Oxford Univ. Press, 1988. pp. 141-166.

272. Schwartzman J.A. A behavioral analysis of complete unilateral section of the pyramidal' tract at the medullary level in Macaca mulatta. Annals of Neurology. 1978. 4 : 234-244.

273. Sherrington C.S. The Integrative Activity of the Nervous System. New Haven, Yale University Press, 1906.

274. Shinoda Y., Yokota J., Fumati T. Divergent projection of individual corticospinal axons to motoneurons of multiple muscles in the monkey. Neurosci. Letters. 1981. 23 : 7-12.

275. Skinner B.F. The Behaviour of Organisms; an Experimental Analysis. N.Y., Appleton-Century-Crofts, 1938.

276. Smith A.M.', Hepp-Reymond M.-C., Wyss U.R. Relation of activity in precentral cortical neurons to force and rate of force change during isometric contractions of finger muscles. Exp. Brain Res. 1975. 23 : 315-332.

277. Sperry R.W. Cerebral regulation of motor coordination in monkeys following multiple transection of sensorimotor cortex. J. Neurophysiol. 1947. 10 : 275-294.

278. Stein R.B. Peripheral control of movement. Physiol. Rev. 1974. 54 : 215-243.

279. Stinear C.M., Coxon J.P., Byblow W.D. Primary motor cortex and movement prevention: where Stop meets Go. Neurosci. Biobehav. Rev. 2009. 33 (5) : 662-673.

280. Stoney S.D., Thompson W.D., Asanuma H. Excitation of pyramidal tract cells byintracortical microstimulation: Effective extent of stimulating current. J. Neurophysiol. 1968.31 : 659-669.

281. Strick P.L. Anatomical analysis of ventrolateral thalamic input to primate motor cortex. J. Neurophysiol. 1976a. 39 : 1020-1031.

282. Strick P.L. Activity of ventrolateral thalamic neurons during arm movement. J. Neurophysiol. 1976b. 39 : 1032-1044.

283. Strick P.L. Cerebellar involvement in 'volitional' muscle responses to load changes. In: Cerebral Motor Control in Man: Long Loop Mechanisms, ed. J.E. Desmedt. Basel: Karger, 1978, p. 85-93.

284. Strick P.L. a. Kim C.C. Input to primate motor cortex from posterior parietal cortex (area 5): I. Demonstration by retrograde transport. Brain Res. 1978. 157 : 364-3681

285. Strick P.L. a. Preston J.B. Sorting of somatosensory afferent information in primate motor cortex. Brain Res. 19781 156 : 364-368!

286. Takahashi M.', Hayashi S., Ni Z., Yahagi S., FavillaM., RasaiT. Physical practice induces excitability changes in human hand motor/area during motor imagery. Exp: Brain Res. 2005. 163 : 132-136.

287. Tanji J. a. Evarts E.V. Anticipatory activity of motor cortex neurons in relation to direction of an intended movement: J. Neurophysiol. 1976. 39 : 1062-1068:

288. Tanji J. a. Wise S.P. Submodality distribution in sensorimotor cortex of the unanesthetized monkey. J. Neurophysiol. 1981. 45 : 457-471.

289. Thach W.T. Timing of activity in cerebellar dentate nucleus and cerebellar motor cortex during prompt volitional movement. BrainrRes. 1975. 88 : 233-241.

290. Thach W.T. Correlation of neural discharge with pattern and force of muscular activity, joint positioned direction of intended next movement in motor cortex and cerebellum. J. Neurophysiol. 1978. 41 : 654-676.

291. Thomson D.B., Loeb G.E., Richmond J.R. Effect of neck posture on the activation of feline neck muscles during voluntary head turns. J. Neurophysiol. 1994. 72 (4) : 2004-2014.

292. Thut G., Cook N.D., Regard M. Intermanual transfer of proximal and distal motor engrams in humans. Exptl. Brain Res. 1996. 108 (2): 321-327.

293. Tower S.S. Pyramidal lesion in the monkey. Brain. 1940. 63 : 36-90.J

294. Tower S.S. The pyramidal tract. In: The Precentral Motor Cortex. Ed. P.C. bucy, Urbana, University of Illinois Press, 1944. pp. 149-172.

295. Tracey D.J., Asanuma C., Jones E.G., Porter R. Thalamic relay to motor cortex: Afferent pathways from brain stem, cerebellum, and spinal cord in monkeys. J. Neurophysiol. 1980. 44 : 532-554.

296. Travis A.M. a. Woolsey C.N. Motor performance of monkeys after bilateral partial and total cerebral decortication. Am. J. Physiol. Med. 1956. 35 : 273-310.

297. Twitchell T.E. Sensory factors in purposive movements. J. Neurophysiol. 1954. 17 : 239254.

298. Twitchell T.E. The automatic grasping responses of infants. Neuropsychologia. 1965. 3 : 247-259.

299. Tyc F., Boyadjian A., Devanne H. Motor cortex plasticity induced by extensive training revealed by transcranial magnetic stimulation in human. Eur. J. Neurosci. 2005. 21 (1) : 259-266.

300. Tyc F. a. Boyadjian A. Cortical plasticity and motor cortex activity studied with transcranial magnetic stimulation. Rev. Neurosci. 2006. 17 (5): 459-495.

301. Vogt B.A. a. Pandya D.N. Cortico-cortical connections of somatic sensory cortex (Areas 3, 1, 2) in the rhesus monkey. J. Comp. Neurol. 1978. 177 : 179-192.

302. Walker A.E. a. Fulton J.F. hemidecortication in chimpanzee, baboon, macaque, potto, cat and coati: A study of encephalization. Journal of Nervous and Mental Disease. 1938. 87 : 677-700.

303. Wall P.D., Remond A.G.,'Dobson R.L. Studies on the mechanisms of the action of visual afferents on motor cortex excitability. Electroenceph. Clin. Neurophysiol. 1953. 5 : 385393.

304. Wannier T.M.J., Toetlt M., Hepp-Reymond M.-C. On the problem of multiple hand representations in area 4 of the alert Macaca fascicularis. Experientia. 1986a. 42 : 711.

305. Wannier T.M.J., Toetlt M., Hepp-Reymond M.-C. Neuronal activity in the postcentral cortex related to force regulation during a precision grip task. Brain Res. 1986b. 382 : 427432.

306. Weinrich M. a. Wise S.P. The premotor cortex of the monkey. J. Neurosci. 1982. 2 : 13991345.

307. Wiesendanger M. Some aspects of pyramidal tract functions in primates. In: New Developments in EMG and Clinical Neurophysiology Ed J.E Desmedt. Karger, Basel. Vol. 3, pp. 159-174.

308. Wiesendanger M. Organization of secondary motor areas of cerebral cortex. In: Handbook of Physiology. The Nervous System. Vol. II, Part 2. Ed. V.B. Brooks.Bethesda, Maryland, American Physiological Society. 1981a. pp. 1121-1148.

309. Wiesendanger M. The pyramidal tract. Its structure and function. In: Handbook of Behavioral Neurobiology. Vol. 5. Eds. A.L. Towe, E.S. Luschei. New-York, Plenum Press. 1981b. pp. 401-491.

310. Wiesendanger M. Pyramidal tract function and the clinical "pyramidal syndrome". Human Neurobiology. 1984. 2 : 227-234.

311. Wiesendanger M. a. Miles T. Ascending pathway of low-threshold muscle afferents to the cerebral cortex and its possible role in motor control. Physiol Rev. 1982. 62 : 1234-1270.

312. Wiesendanger R. a. Wiesendanger M. Afferent connections of the supplementary motor area. Exp. Brain Res. 1985. 58 : Al.

313. Wise S.P. Motor Cortex. In: Encyclopedia of Neuroscience / Eds. Adelman a., Smith B.H. 1999. V. II, pp. 1221-1223.

314. Wolpaw J.R., Herchenroder P.A. Operant conditioning of H-reflex in freely moving monkeys. J. Neurosci. Methods. 1990.31(1): 145-152.

315. Wong Y.C., Kwan H.C., MacKay W.A, Murphy J.T. Spatial organization of the precentral cortex in awake primates. I. Somatosensory inputs. J. Neurophysiol. 1978. 41 : 1107-1119.

316. Woolsey C.N., Chang H.-T., Bard P. Distribution of cortical potential evoked by electrical stimulation of the dorsal roots in Macaca mulatta. Fed. Proceedings. 1947. 6 : 230.

317. Zarzecki P., Strick P.L., Asanuma H. Input to primate motor cortex from posterior parietal cortex (area 5). II. Identification by antidromic activation. Brain Res. 1978. 157 : 331-335.

Информация о работе

Павлова, Ольга Геннадиевна
доктора биологических наук
Москва, 2010
ВАК 03.03.01

Диссертация

Формирование новых двигательных координаций: роль моторной коры - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы