Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Исследование нейронной организации ретикулярного ядра таламуса мозга человека и его роли в целенаправленных формах деятельности

ВАК РФ 03.00.13, Физиология

Автореферат диссертации по теме "Исследование нейронной организации ретикулярного ядра таламуса мозга человека и его роли в целенаправленных формах деятельности"

российская академия наук

ИНСТИТУТ ХИМИЧЕСКОИ ФИЗИКИ им. Н.Н. СЕМЕНОВА

Р Г В ОД ПРаВаХ РУКОПИСИ

_ 5 л:^

и " ' ' УДК 612.826:612.014.42:612.В21:612.032.3

ЛУКАШЕВ Александр Олегович

исследование нейронной организации ретикулярного ядра таяднуса мозга человека и его роли в целенаправленных формах деятельности

Специальность 03.00.13 - Физиология человека и животных

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва 1994

Работа выполнена в лаборатории кл&точной нейрофизиологии человека (зав.лабораторией — д.м.н. С.Н.Раева) Института химической физики им-Н.Н.Семенова РАН (директор - академик РАН А.Я.Бучаченко) на базе Института нейрохирургии им.Н.Н.Бурденко РАМН (директор — академик РАМН А.Н.Коновалов).

Научный руководитель:

доктор медицинских наук С.Н.Раева

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук, профессор В.В.Шульговский доктор биологических наук М.П.Иванова

Ведущая организация: Институт психологии РАН

Защита диссертации состоится в ' ' часов на заседании Специализированного Ученого Совета Д.053.05.35 Московского Государственного Университета им.М„В.Ломоносова по адресу: 119899, Москва, Ленинские горы, МГУ, биологический факультет.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке биологического факультета МГУ.

Автореферат разослан

Ученый секретарь Совета:

АКТУАЛЬНОСТЬ ИССЛЕДОВАНИЯ. Изучение центральных механизмов деятельности мозга человека при реализации сложны« форм высшей нервной деятельности путем исследования его электрической активности является одним из ключевых вопросов понимания нейрофизиологических основ целенаправленного поведения. Благодаря успешному применению в клинике с лечебно—диагностическими целями методов регистрации электрической активности нейронов с помощью микроэлектродов CAIbe-Fessard et al.1962; Gaze et al.1964; Jasper & Bertrand 1966; Raeva 1972,1986; Ohye et al.1972 и др.З или долгосрочных вживленных электродов CBick-ford et al. 1953; Walter & Crow 1961; Бехтерева 1966,1974; Halgren et al.1978; Heit et al.1988; Creutzfeldt et al.1989 и др.3 йыл сформулирован ряд принципиально новых представлений о структурно-функциональной организации этих форм психической деятельности, реализуемых человеком при участии речевых систем [Бехтерева 1974,1980,1988; Раева и Ливанов 1975; Раева 1977,1989; Бехтерева и др.1985; Ojemann et al.1988; Медведев и Пахомов 19893. Поиск нейронных коррелят целенаправленного поведения, связанного с речью, сталкивается с проблемой об отражении в нейронной активности тех или иных характеристик когнитивных процессов, опосредующих реализацию таких системных функций, как избирательное внимание, память, произвольное движение, волевое усилие и т.п. ГПрибрам 1975; John 1976; Раева 1977,1988; Mountcastle 1978; Scheibel 1980; Evarts et al.1984; Кропотов 1984; Bullock 1986; Rolls 1987; Бехтерева и Кропотов 1988; Швырков 1988; Abeles 1988; Bugel et al.1992 и др.З.

Первые существенные результаты в этом направлении выли получены в исследованиях на животных с регистрацией нейронной активности в различных мозговых образованиях, в первую очередь, в коре, во время условнорефлекторного поведения tFuster & Alexander 1971; Tanji & Evarts 1976; Evarts 1979; Батуев 1981; Гасанов 1981; Котляр и др. 1983; Desimone et al. 1984; Kubota St Komatsu 1985; Mise 1985; Котляр и Тимофеева 1986; Rolls 1987; Орлов и Шеффер 1988; Watanabe 1990; Шульговский 1990; Fuster 1990; Powell 1992 и др.З. В этих работах были описаны изменения нейронной активности, опережающие реализацию целенаправленного поведенческого акта,

аналогичные ранее выявленным на человеке опережающим электрографическим феноменам — Е—волне и потенциалу готовности tWalter 1969; Groll-Knapp et al. 1970; Heider et al.1979; Rohrbaugh 1980; Tsuda 19S4; Beecke et al.1986; lirbaumer et al.1990 и др.З. Основываясь на этих данных, авторы делают предположение о существенной роли опережающих клеточных реакций в обеспечении Фокусированного внимания к функционально значимому стимулу и запуска целенаправленного поведенческого акта.

Позднее, с внедрением в клиническую практику микроэлектрод— ной техники во время стереотаксических операций для лечения дис— кинезий, появились первые данные об опережающих активационных изменениях нейронной активности в ряде подкорковых структур мозга человека, которые возникали в связи с реализацией произвольного движения CUmbach & Ehrhardt 1965; Jasper 4t Bertrand 1966; Crowell et al.1968; Raeva 1972,1986,1993; Hongel et al.1973; Раева 1977, 1988; Ohye 1982 и др.]. Были получены факты, свидетельствующие о полифункциональном характере этих нейронных реакций в различные Фазы подготовки движения и о корреляции их с концентрацией внимания, инициацией и осуществлением двигательного акта. Исследования сложных Форм ВИД., опосредованных речевыми пусковыми процессами и свойственных только человеку, позволили впервые получить прямые доказательства участия неспецифических подкорковых образований, е частности ретикулярного ядра таламуса <n.Rt), в организации целенаправленной двигательной и умственной деятельности [Raeva 1972, 1986; Раева 1977,19381.

Исходя из этих и полученных ранее на животных данных многие авторы рассматривают n.Rt как одно из ключевых неспецифических звеньев кортико—таламической интеграции, которое обеспечивает переработку и передачу восходящей (сенсорной) и нисходящей (неспе— цифической) информации и участвует в реализации таких функций, как селективное внимание, оперативная память, запуск целенаправленного действия CYingling it Skinner 1976,1977; Раева 1977,1988; Scheibel 1980; Crick 19Й4; Jones 1988; Steriade 1990; Miller 1992; Powell 1992 и др.З. Нарушения этих функций в виде дефицита волевого компонента в поведении, связанном с речью, часто наблюдаются

в клинике при повреждениях мозговой ткани в области n.Rt СЯурия 1973; Riklan & Levita 1975; Винарская и др. 1977; Elghozi et al. 1978; Watson et al.1979,1981; Ojemann 1933; Cramcn et al.1925, 1986; Eraveleau et al. 1936; Корсакова и Московичюте 1983; Bruyn 1989; Au et al.19913.

Анализ этих Фактов привел к постановке задачи о детальном исследовании функциональных характеристик нейронов n.Rt человека и роли этого образования в организации целенаправленный поведенческих реакций, опосредованных речевой системой.

Актуальность исследования обусловлена теоретическим интересом в изучении нейронной организации n.Rt мозга человека, его участия в механизмах целенаправленных поведенческих актов, в частности — произвольных движений, управляемых речевой системой. Учитывая немногочисленность литературы по этому вопросу и отсутствие обшей точки зрения, а также ключевую роль n.Rt в кругу не— специфических образований переднего мозга, детальное изучение этого вопроса представляется весьма актуальным.

Актуальным представляется также аспект исследования, связанный с вопросом об отражении в активности отдельных нейронов или небольших ансамблей клеток системных, интегративных процессов в мозге при реализации сложных форм ВИД. Б последние годы в литературе широко дискутируется вопрос о роли нейрона как Функциональной единице нервной системы в организации интегративных форм деятельности СБернс 1969; John 1972; Анохин 1974; Бехтерева 1974; Раева 1977,1988; Соколов 1931; Konishi 1984; Bullock 1986; Швырков 1986; Abeles 1988; Котляр 1990; Cohen & Wu 1990 и др.Э. Сторонники одного подхода придерживаются "эргодической" гипотезы [John 1972; John & Schwartz 197S; Shaw et al.1932; Бехтерева и др. 19853, согласно которой соседние нейроны ансамбля клеток рассматриваются как функционально и статистически неотличимые, т.е. нейронный ансамбль считается функционально гомогенным. Другой подход развивает представление о нейроне как элементе системы взаимосвязанных клеток, способном отражать функциональные изменения системного уровня СКостюк 1973; Анохин 1974; Сентаготаи и Арбиб 1976; Раева 1977,1989; Швырков 1978,1986; Konishi 1984; Barlow 1935; Rolls 1987; Konishi Sc Changeaux 1987; Cohen & Wu 1990 и др.Э,

в особенности, о формировании нейронами микросистем или ансамблей клеток, в пределах которых происходит первичная переработка протекающей через них информации СКоган 1974; Гасанов 1981; Verzeano 1982; Abeles 19SS; Keller & White 1989; Котляр 1990; Bügel et al. 19923. Этот подход обосновывает необходимость выделения и анализа активности отдельных поведенчески специализированных клеточных элементов для изучения интегративнай функции исследуемого нейронного ансамбля. Интерес к изучению этого вопроса на уровне n-Rt обусловлен также относительной нейрохимической и гистологической гомогенность» клеточного состава этого ядра CHouser et al.19SO; Braak & Weinel 19SS3.

ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ. Цель настоящей работы состояла в детальном количественном исследовании с помощь» разработанных методов статистического анализа особенностей нейронной организации n.Rt таламуса ненаркотизированного мозга человека и участия этого ядра в центральных механизмах целенаправленных форм деятельности. Конкретными задачами исследования являлись:

1. разработка адекватных математических методов и программного обеспечения статистического анализа характеристик активности отдельных нейронов и межнейронных отношений в небольших клеточных ансамблях n.Rt с учетом особенностей исследуемых процессов;

2. изучение особенностей нейронной организации n.Rt и функциональных характеристик нейронов по данным фоновой и вызванной импульсной активности при тестировании с помощью Функционально значимых речевых и сенсорных стимулов, в том числе топический анализ характеристик активности в дорсо—вентральном плане и корреляционный анализ связи их с проявлениями двигательной патологии при паркинсонизме;

5. количественный анализ паттернов быстролротеканицих импульсных реакций нейронов n.Rt на вербальные стимулы-команды и связи их с активацией избирательного внимания,запуском и реализацией целенаправленных двигательных и умственных актов;

4. исследование динамики межнейронных отношений в клеточных ансамблях n.Rt при функционально значимой речевой и сенсорной стимуляции и реализации целенаправленного движения.

НОВИЗНА ИССЛЕДОВАНИЯ И ЕГО НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ. Использование разработанного математического подхода к- анализу вызванной импульсной активности (ВИА) нейронов с применением метода главных компонентов и перистимульных кросскорреляций в совокупности с известными статистическими методами позволило впервые провести детальный количественный анализ функциональных характе— ристик нейронов n.Rt, изучить быстропротекающие нейронные и меж— нейронные перестройки в клеточных ансамблях n.Rt с выделение« Функционально независимых компонентов их интетративного паттерна, а также оценить динамику импульсных сдвигов в комплексе с суммарными электрографическими и поведенческими данными в процессе тестирования.

На основе методов статистического анализа получены новые данные об особенностях нейронной организации n.Rt мозга человека и углублено понимание его роли в реализации целенаправленных поведенческих актов, запускаемых при участии речевой системы. Показана гетерогенность этого ядерного комплекса в виде 3-х типов нейронов, различающихся характеристиками фоновой и вызванной активности. Описаны изменения частотных параметров импульсации нейронов n.Rt в зависимости от их локализации в дорсо—вентральном плане и выраженности патологического тремора в клинической картине исследуемого больного. Наряду с этим, показано отсутствие прямых нейронографических корреляций с паркинсоническим 4—6 Гц тремором конечностей.

Впервые показан многокомпонентный характер паттерна клеточных перестроек в n.Rt при стимуляции с помощь» функционально значимых (императивных) вербальных сигналов, а также взаимосвязь отдельных компонентов ВИА с фазами восприятия и обработки речевого сигнала, подготовки и реализации двигательного акта. Показано, что в импульсной активности отдельных нейронов n.Rt находят отражение интегративные информационные процессы, развиващиеся на разных этапах целенаправленной, опосредованной речевой системой

деятельности- Полученные данные свидетельствуют о конвергенции в п-как восходящих сенсомоторных и неспецифических ретикулярных, так и нисходящих корковых влияний с четким разделением их на уровне отдельных клеточных элементов ядра.

Впервые проанализированы характеристики быстропротекаюших. межнейронных импульсных процессов в соседних нейронах одно-

временно зарегистрированный с помощью одного микроэлектрода. Показано, что в пусковые Фазы поведенческой деятельности,— на этапах переработки императивного вербального сигнала (в момент произнесения пускового ударного слога команды) и инициации произвольного движения,— соседние нейроны динамически формируют ансамбль согласованно разряжающихся клеточных элементов. Подтверждена связь этих нейронных перестроек с пусковой, сигнальной значимость» речевого стимула и отсутствие корреляций с его физическими и акустическими характеристиками.

Полученные данные позволили сделать предположение об участии п.РЪ в деятельности 2-х согласованно функционирующих нейронных систем, дифференцированно участвующих в процессах восприятия, переработки вербальной команды и принятия решения, запуска и реализации целенаправленного двигательного акта.

Практический интерес диссертационной работы обусловлен возможностью функциональной идентификации ретикулярного ядра и пограничных с ним структур в ходе стереотаксических операций. Использование нейронографических ориентиров при выборе зоны лечебных деструкций существенно повышает эффективность хирургического вмешательства на подкорковых образованиях с возможностью разрушения минимальных по размеру участков мозговой ткани СРаева и др. 19823 и позволяет избежать нежелательных побочных эффектов в результате проведенных деструкции. Наряду с этим, лечебно—диагностический аспект настоящей работы связан также с выяснением роли п. И* в формировании двигательной патологии при паркинсонизме, проявляющейся, в частности, в патологическом 4-6 Гц треморе конечностей-

АПРОБАЦИЯ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ. Результаты работы докладывались на III и IV Всесоюзных научно—технических семинарах "Управление при наличии расплывчатых категорий" (Пермь 1980,Фрунзе 1981); на Международном симпозиуме "Проблемы нейрокибернетики" (Ростов-на-Дону 1983); на XIV Всесоюзном съезде физиологического общества им.И.П.Павлова (Баку 1983); на III Всесюзном съезде нейрохирургов (Москва 1983); на Всесоюзном симпозиуме "Нейроны в поведении: Системные аспекты", посвященном 95-летию П.К.Анохина (Москва 1984); на I Всесоюзной конференции "Принципы и механизмы деятельности головного мозга человека" (Ленинград 1935); на Всесоюзной конференции по нейронаукам, посвященной ЮО—летию Д.Н.Воронцова (Киев 1986). Диссертация апробирована на конференции Лаборатории клеточной нейрофизиологии человека Института химической физики АН СССР в июне 1988 года и на научном заседании кафедры физиологии человека и животных Московского Государственного Университета им.М.В.Ломоносова (зав.кафедрой — профессор В.В.Шульговский).

ПУБЛИКАЦИИ. Основные положения диссертации изложены в 17 работах , опубликованных в отечественных и зарубежных журналах, из них: 9 — статьи и 3 - тезисы (список работ представлен в конце автореферата).

ОБЪЕМ И СТРУКТУРА ДИССЕРТАЦИИ. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания методики проведения исследований и математической обработки данных, 3-х глав собственных результатов, обсуждения полученных Фактов и выводов. Работа содержит 2%%> машинописных страниц, проиллюстрирована 29 рисунками и 2 таблицами. Список литературы включает 640 работ, из них 1D5 отечественных и 535 зарубежных авторов.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. Исходным материалом диссер-тационой работы явились экспериментальные данные, полученные коллективом лаборатории клеточной нейрофизиологии человека Института химической физики РАН (зав.лаб. - д.м.н. С.Н.Раева) совместно с нейрохирургами отделения функциональной нейрохирургии Института нейрохирургии им.Н.Н.Бурденко РАМН (хирурги А.Л.Кадин, В.А.Шаба-лов, Н.П.Гроховский). Микроэлектродные исследования осуществлялись

-AD -

с лечебно—диагностическими целями в ходе стереотаксических операций на подкорковых структурам ненаркотизированного мозга человека с применением ранее разработанных микроэлектродной техники регистрации активности отдельных нейронов и методов функционального тес-гироваиия клеток СРаева 1970,1977; Raeva 1972,19863. Проведение выполненных в настоящей работе исследований являлось составной частью ряда плановых тем по Институту химической физики им. Н.Н.Семенова РАН и Институту нейрохирургии им.H.H.Бурденко РАМН.

Импульсная активность нейронов отводилась экстраклеточно посредством вольфрамовых микроэлектродов (1—5 мкм,1—5 НОм) , погружаемых в мозг с помощью специально разработанного устройства с ммкромамипулятором ГРаева с соавт.19733, усиливалась с помощью ёиоусмлителей <10—50 МОм, 0.1-10 кГц) и регистрировалась на Mai— нитауи ленту и фотопленку. Результаты работы обобщают данные анализа функциональных характеристик 426 нейронов n.Rt, зарегистрированных в 157 точках ядра в процессе 51 одномоментной стереотак— смческой операции по поводу двигательных дискинезий <у 44 больных паркинсонизмом, у 7 — спастической кривошеей). Из них — вызванная активность при тестировании с помощью функционально значимых вербальных и сенсорных стимулов и при реализации различных форм двигательных и умственных актов исследовалась у 340 нейронов, зарегистрированных в 122 точках ядра в процессе 46 операций (у 39 больных паркинсонизмом и у 7 — спастической кривошеей). Все исследованные точки локализировались в ростральных и ростролатераль— ныя отделах ядра и граничили с латеральным задним (LP), вентрола— геральнш (VD, вентральным заднелатеральным (VPL) ядрами таламу— са и неопределенной зоной.

Оценка Функциональных свойств нейронов проводилась с параллельной регистрацией электромиограммы конечностей, электроэнцефалограммы в стандартных отведениях, электроокулограммы, фонограммы. Хомпыятерная обработка нейрофизиологических данных осуществлялся с применением методов статистического анализа (параметрический корреляционный, регрессионный и факторный анализ) и разработанного математического аппарата на основе предложенной модели

представления вызванной активности нейрона, метода главных компонентов и матриц перистимульных корреляций и ковариаций. Для детальной количественной оценки данных при различных видах стимуляции использовали: 1) классификационный анализ нейронов по параметрам их активности на основе традиционных методов анализа импульсных процессов; 2) параметрический анализ данных на основе матриц количественных параметров, отражающих различные характеристики паттерна импульсной активности,локализацию в сагиттальной и Фронтальной проекциях, выраженность симптоматики паркинсонизма (дрожание, ригидность,акинезия),и дальнейшего корреляционного, регрессионного и факторного анализа для выявления взаимосвязи нейрона— графических и клинико—физиологических параметров; 3) компонентный анализ нейроных реакций с помощью метода главных компонентов, позволявший выявлять независимые компоненты реакции, динамику их выраженности в процессе тестирования и взаимосвязь реакций сссад— них нейронов, входящих в клеточный ансамбль; 4) ковариационный анализ взаимосвязи ВИА одновременно зарегистрированных нейронов с помощью матриц перистимульных корреляций и ковариаций, позволивший выявлять в активности клеточного ансамбля появление сопряженно протекающих межклеточных импульсных перестроек.

Для исследования быстропротекаюцих импульсных перестроек при тестировании с помощью вербальных сигналов и реализации целенаправленных двигательных актов предложен и обоснован математический подход и описаны методические приемы его использования при анализе вызванной импульсной активности (ВИА) нейронов и межнейронных отношений в клеточных ансамблях.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ.

И?йронов_и_межнейронных_кдрвеляиий.

Одним из ключевых вопросов при анализе импульсной активности нейронов являлся вопрос об адекватной количественной формализации нейронографических данных с целью наиболее полного выявления функциональных особенностей клеточной организации п.М: и характеристик составляющих его клеточных элементов, а также межклеточных

отношений при различных видах стимуляции. Распространенные в настоящее время специальные методы анализа нейроной активности позволяют с различных позиций определять наличие нейронной реакции и оценивать некоторые ее статистические характеристики rperkel et al.1967; Мещерский 1972; Glaser & Ruchkin 1976; Балантер 1977; Гоголицын и Крсятотов 1983; Commenges et al. 1986; ftbeles b. Gei— stein 1988; Geisler et al.19913. Однако использование этих методов сталкивается, как правило, со значительными трудностями при интерпретации получаемых результатов, обусловлены* недостаточным нейрофизиологическим обоснованием их применения СAbel es 1988; Медведев и Пахомов 19893.

В настоящей работе предпринята попытка комплексного анализа особенностей импульсной активности нейронов n.Rt мозга человека с применением как известных методов статистики, так и специально разработагешх математических методов статистического анализа характеристик активности нейронов и межнейронных кореляций. Для решения поставленных задач в диссертационной работе использовались следующие подходы:

1) классификационный анализ нейронов по характеристикам их активности на основе традиционных методов статистического анализа импульсных процессов, включающих оценки текущей частоты разрядов, распределений межимпульсных интервалов, ожидаемой плотности или автокорреляции, спектральной плотности и t.n.LGlaser & Ruchkin 1976; Балангтер 19773;

2> параметрический анализ данных, основанный на построении матриц количественных параметров, отражающих различные характеристики зарегистрированного клеточного ансамбля, включая паттерн импульсной активности нейронов n.Rt, локализацию в его сагиттальной и фронта/ъной проекциях, выраженность трех составляющих клинической симггтоматики паркинсонизма (дрожание, ригидность и акинезия) и т.п.. В дальнейшем проводился корреляционный и регрессионный анализ данных с построением соответствующих матриц полной и част— ных корреляций, а также факторный анализ для выявления комплексов взаимосвязанных нейронографических и клинико-физиологических параметров. Эта методы успешно используются в различных областях,

в частности, при исследовании сложных многопараметрических систем с целью выявления "скрытых" закономерностей CJoresbog 1979; вере— тер и Ренц 19833:

3) компонентный анализ на основе метода главных компонент и представлении паттерна БИА в виде суперпозиции независимых компонентов реакции. Этот метод является решением предложенной в настоящей работе линейной факторной модели вызванной активности одного и/или нескольких одновременно регистрируемых нейронов. Модель позволяет: а) выделять независимые, некоррелируемые компоненты реакции, связанные с тем или иным функционально значимым этапом реализации теста; б) выявлять динамику выраженности их в ходе последовательного предъявления тестов; в> исследовать взаимосвязь ВИД нейронов, входящих в клеточный ансамбль, и характеристики ьыстропротекающих межнейронных корреляций в разные в функциональном отношении фазы поведенческого акта. Использование* этого подхода для анализа реакций нейронов n.Rt при различных видах стимуляции, в том числе с помощью вербальных стимулов, показало обоснованность и эффективность предложенного метода анализа. Впервые аналогичный подход использовался при анализе реакций нейронов мозга обезьян на предъявление сложных зрительных стимулов CRich-mond et al.1987; Richmond & Optican 1987,19903. Анализ информативности компонентов ВИА показал, что количество мнформац.ии о стимуле, содержащееся в первых трех компонентах (8DX) более чем

в 2 раза превышает количество информации, представленной в пост-стимульной гистограмме COptican & Richmond 1987; Richmond & Optican 1990; Gawne et al.19913. Показана высокая информативность этого подхода к анализу ВИА в плане понимания ее природы, динамики и связи с различными внешними факторами [Johnson 1980; Mac— Bregar- et аЛ.1988; Meredith & Tisak 19903;

4) ковариационный анализ взаимосвязи ВИА одновременно зарегистрированных нейронов с помощью построения матриц перистимуль— ных корреляций и ковариаций. Этот метод исследования временной взаимозависимости импульсных потоков разных нейронов позволял выявлять в активности нейронов, входящих в один клеточный ансамбль, появление синергично или реципрокно протекающих импульсных перестроек, связанных с тем или иным функционально и поведенчески значимым этапом реализации однотипных проб.

- -

Таким образом, использование описанных подходов в настоящей работе дало возможность провести детальный количественный анализ клеточной организации n.Rt, функциональных характеристик его нейронов и межнейронных отношений в клеточных ансамблях в разные в аункциональнам отношении фазы реализации целенаправленного поведенческого акта, запускаемого с помощью вербальных сигналов.

2. Особеннасти^фонавой^мпульснай^активносхи^

уейвонов _ п.Rt.

Характеристики нейронной активности n.Rt человека до сих пор детально в литературе не описаны. Весьма скудные сведения об особенностях спонтанной активности нейронов комплекса LP-n.Rt содержатся в работах японских авторов COhye ?< Narabayashi 1972; Ohye et al.1974; Ohye 19823, описавших наряду с клетками, разряжающимися одиночными нерегулярными спайками, нейроны с активность» в виде коротких, длительность» до 30 мс, пачечных разрядов из 3-7 спайков, которые могли быть ритмическими или нерегулярными.

Более полное описание основных характеристик нейронной активности переднего комплекса таламуса n.Rt—VA дано в работах С.Н.Раевой с сотрудниками [Раева 1977,1979; Раева и др.1982; Rae-vs 1972,1986; Раева и Лукашев 19873. Характерной особенностью нейронов этой области были многообразие и неустойчивость паттерна имгтульсации, наличие клеток как с одиночной, так и с пачечной нерегулярной или ритмической (1—5 Гц) активностью в виде "залповых" высокочастотных разрядов различной длительности.

В исследованиях на животных показано, что характерной особенностью спонтанной активности клеток n.Rt является пачечный паттерн импульсации, выраженность которого коррелирует с Фазами цикла сон—бодрствование CSteriade & L1i пав 198S; Avanzini et al.19923.

Проведенное в настоящей работе детальное исследование особенностей фИА n.Rt на основе методов статистического анализа показала гетерогенность этого образования у человека в виде наличия 3-х основных типов нейронов.

Выявленные в n.Rt три типа клеточных элементов характеризовались разными паттернами фИА: тип А согласно нашей классификации £5IX) - нейроны с одиночной нерегулярной низкочастотной (0—Ю/с)

активность» vi тенденцией спайков к группированию с интервалами между группами в диапазоне 0.5-3 сек; тип Б 142'/.)— нейроны с короткими (10—30 мс) пачечными разрядами, состоящими из 3-6 спайков с межимпульсными интервалами 2—5 мс и проявляющими в большинстве случаев < 75/1) тенденцию к ритму с частотой следования гачек 2—5 Гц; тип В (77.) — клетки с длительными (0.1—2 сек) апериодическими высокочастотными (300-500 Гц) пачками импульсов, разделенными е большинстве случаев (В4'/. ) постоянными по длительности межпачечными интервалами длительностью 80-150 мс.

Характерными особенностями ФИА нейронов n.Rt были, с одной стороны, инвариантность исходной структуры импульсаций,свойственной тому или иному типу клеточных элементов, с другой стороны — неустойчивость импульсных процессов, проявлявшаяся в группнрсва— нии спайков у А и Б—нейронов и в спонтанном характере возникновения пачечных разрядов у B-клеток, что связано с высокой реактивностью нейронов n.Rt к разного рода функциональным воздействиям. Это свойство, по-видимому, обусловлено исключительным богатством афферентных связей n.Rt с талаиинескими, меаэнцефальными и корковыми образованиями [Jones 1985; Harris 19S7; Assanuna 19923.

Специального обсуждения заслуживает вопрос об обоснованности выделения трех описанных типов клеточной активности, выявленных в n.Rt человека. Выделенные типовые паттерны активности нейронов n.Rt близки к описанным в литературе. Так, в исследованиях на нв-наркотизированном мозге человека COhye ?< Narabayashi 1972; Raeva 1972,1986; Ohye et al.1974; Раева 1977; Ohye 1982; Яуханина и др. 19873 описаны нейроны с одиночным и пачечным паттернами импульса— ции в ростральном ядерном комплексе таламуса n.Rt—LP. сходные с активностью А и Б—клеток соответственно, а также длительные пачечные импульсации [Раева 19773 (B-тип согласно нашей классификации). В исследованиях, выполненных на наркотизированных, обездвиженных или бодрствующих животных, наряду с одиночной активность» описаны три типа пачечной активности нейронов n.Rt [Pollin & Rokyta 1932; Simm et al.1990; Avanzini et al.1992; Steriade 19923, один из которых сходен с ритмическими пачками Б—клеток, а другие два аналогичны в той или иной мере длительным пачечным разрядам В—нейронов.

Следует отметить, что в условиях наших исслеований мы не регистрировали трансформации паттерна активности какого—либо нейро— № из одного типа в другой. На это указывают и результаты исследований на бодрствующих животных CBarrionuevo et al.1981; Pollin & Rofcyta 1982; Simm et al.1990; Villa 19903, свидетельствующие в пользу инвариантности паттернов спонтанной импульсации нейронов n.Rt разного типа. Труднее представляется сопоставление этих дан-ш с результатами гистологических исследований на животных и человеке tScheibel & Scheibel 1966,1972; Jones 1975; Леонтович 1978; Шага !t Lieberman 1985; Braak & Weinel 1985; Mulle et a 1.1986; Cleraence et al.19923, согласно которым ядро n.Rt довольно гомогенно и на 95% представлено А и Б ретикулярными нейронами 1-го типа Гольджи. Тем не менее, учитывая результаты морфологических [Assa-пша 19923 и электрофизиологических tLlinas tr Gei jo—Barrientos 1988; Sumí moto et al.19893 работ, можно предположить, что существенную роль в формировании паттернов импульсации клеток n.Rt ni— рает взаимодействие двух факторов: изменение генераторных свойств нейронов в виде перехода на пачечный режим импульсации при гипер— поляризованной мембране CLlinas & Gei jo—Barri entos 19883 и особенности морфологической организации в виде плотных сплетений денд— ритов соседних нейронов с многочисленными дендро—дендритными и аксо—дендритными синапсами, образующими плотные экстрагломеруляр— Hue комплексы CDeschenes et al.1985; Mulle et al.19863. Исходя из этого предположения, межклеточные взаимодействия в n.Rt могут привадить к формированию: постоянного уровня поляризации ниже потенциала покоя в значительном числе соседних контактирующих нейронов »« следовательно стойкого, инвариантного пачечного паттерна их разрядов. Таким образом, пачечная активность нейронов Б и В—типов, выделенных в настоящей работе, по-видимому,может быть результатом влияний описанных факторов. Кроме, того, на формирование активности нейронов могут влиять и возрастные изменения электрических и биохимических параметров клеточных мембран tScott et al.1988; Body et al.1989; фролькис 19913 и, в частности, увеличение постспай-кх»ой гиперполяризации с возрастом, поскольку больные паркинсонизме»« имеют, как правило, преклонный возраст.

Открытым остается вопрос о правомерности еыделения нами 2-х (Б и В) типов пачечных нейронов. Они характеризовались, с одной стороны, сходством циклических процессов, определяющих внутрипа— чечную структуру импульсации и имеющих эндогенное происхождение, и с другой стороны,- различием в длительности пачек и межпачечних интервалов. В отличие от ритмических пачечных разрядов Б—клеток, пачки B-нейронов значительно варьировали по длительности в диапазоне от 100 мс до 1 с, не имели периодических составляющих и характеризовались спонтанностью возникновения после продолжительных периодов молчания. Весьма примечательной особенностью разрядов B-нейронов было постоянство межпачечного интервала, длительность которого у разных нейронов была практически одинакова и составляла 80—150 мс. Этот Факт, ранее не описанный в литературе, позволил нам выделить нейроны с таким пачечным паттернам ФИА в особый класс. Следует отметить, что сходные длительные пачечные импуль— сации клеток были описаны ранее в n.Rt и другими авторами в работах на животных [Schlag S< Walzak 1971; Dingledine S< Kelly 1977; Avanzini et al.19923. Они провоцировались при стимуляции ÜRF или аппликации ацетилхолина и возникали при гиперполяризованной мембране, коррелируя с S-веретенами EDomich et al . 19Sf>;Steriade 199G3. Спонтанное возникновение длительных высокочастотных разрядов у нейронов В—типа, описанных в настоящей работе, по-видимому, связано с одновременной активацией как холинергического афферентнсго входа мезэнцефального происхождения, который вызывает длительну» гиперполяризацию и обуславливает пачечный паттерн ответа у клеток этого типа, так и релейного входа от таламокортикальных нейроноз-На это указывает и тот факт, что длительность межпачечного интервала у В—нейронов близка к длительности ТПСП у клеток n.Rt при стимуляции MRF CDossi et al. 19921.

Таким образом, полученные данные свидетельствуют о том, чтз гетерогенность клеточной организации n.Rt имеет функциональнее происхождение и обусловлена, с одной стороны, особенностями мембранных характеристик нейронов n.Rt и различными механизмами генерации спайков и пачек в зависимости от уровня поляризации мембраны, и, с другой стороны, особенностями нейропиля n.Rt и наличием сильных взаимовлияний соседних нейронов друг на друга благодаря

- IS -

кногочисяеи»« дендро—дендритным контактам. Нейроны с постоянным сдвигом гю-Лкризации мембраны ниже потенциала покоя на 10—15 мв, вызванным непрерывной постсинаптической активностью в дендритных сплетениях, могут, по—видимому, быть представлены пачечными разрядами клеток Б и В типов согласно нашей классификации. Нейроны с поляризацией мембраны на уровне или выше потенциала покоя и не имекщие столь обильных связей с близлежащими клетками являются, по—видимому, нейронами А—типа согласно нашей классификации. Учитьюая усложнение паттерна нейропиля n.Rt в виде быстрого увеличения плотности дендро—дендритных контактов у высших млекопитающих CBentivoglio et al.19913 и его афферентации [Assanuma 19923, можно предположить, что в процессе эволюции возрастает роль межклеточных внутриядерных и межструктурных взаимодействий, результатом чего является существенная функциональная дифференциация клеточных элементов n.Rt и Формирование различных инвариантных паттернов клеточных импульсаций.

Топический анализ упорядоченности в локализации нейронов n.Rt разных типов показал в целом относительную однородность ядра в дорсо-вентральном плане: все исследованные зоны n.Rt характеризовались единообразием паттерна клеточных импульсаций, представлен— наго активностью нейронов 3-х описанных типов. Вместе с тем, выявлено повышение интенсивности импульсаций А—нейронов и увеличение средней частоты и дисперсии ритма пачечных разрядов Б—клеток по мере приближения к вентральной области n.Rt, пограничной с ядром VI__Учитывая, что нейроны VL и соседних с ним ядер вентроба-

□альнаго комплекса таламуса Vc и Vim характеризуются наиболее высокой частотой импульсной активности СРаева 1977; Hardy et al. 1979; Qhye 19823, обусловленной спецификой сенсорной и моторной афферентации, полученные данные,в целом, подтверждают точку зрения, согласно которой функциональные характеристики каждой зоны n.Rt е той или иной мере отражают особенности пограничных талами— чески* образований CScheibel & Scheibel 1972а; Pollin & Rokyta 1982: Shosaku et al.1934; De Biasi et al.1988; Sumimoto et al. ivaa; Pollin et al.19913.

В связи с наличием у большинства исследованных больных пар-кинсонического 4—6 Гц тремора, специально анализировался вопрос о

сэязи этого периферического ритмического процесса с активностью пачечных ритмических импульсгций Б—нейронов п.К1:. Проведенный кро^скпрреляциснный анализ подтвердил ранегг- пЬлученныв данные об отсутствии прямых корреляций между активностью нейронсе п. ОТ и дрожанием конечностей [Ба^о & ОГ>уе 1974; Раеэа 1977; ИаеУа 1986; Лухакина 1-1 др. 19873. Эти данные свидетельствуют о том, что римти— ческая 2—5 Гц активность Б-нейронов не является признаком патологии, характерным для паркинсонизма. На это указывает также факт наличия ритмических 2—5 Гц импульсаций Б—нейронов у больных без тремора: у 5 больных с акинетико—ригидной формой паркинсонизма и у 7 больных со спастической кривошеей. О правомерности этого вывода свидетельствуют также данные других авторов о регистрации сходной ритмической актизности нейронов в других ядрах таламуса (VI.,Ус ,ЦР,МР,СМ-РР) у больных с акинетико-ригидным синдромом, с двигательным атетозом, тортиколлисом, детским церебральным параличом и с болевым синдромом СА1Ье-Гевгагс) е! а1. 1967, 1905; ОЬуе ек а1.1972; йаеуа 1972,1986,1993; Раева 1977; ОЬуе 1932; Луханина и др. 1987; 1_епг et а1.1989 и др.]. Учитывая эндогенную природу генерации подобного ритмического пачечного паттерна активности нейронов таламуса CSteriade & 1Нпа5 1988; 1-егеёсЬе а1.19913, о том числе и п.ОТ С1-11паз ?< Бе! .70-Вагг1ег^05 1988; Б^пйто^ et а1 . 1939; Ауапгат е! а1 . 19923, обусловленного гиперполяризацией мембраны, низкопороговой СаГ2+3—зависимой КГ+3 проводимостью и 1_Т5—спайками, нами специально исследовался вопрос о связи параметров ритмических импульсаций нейронов п.ОТ с выраженностью двигательной патологии у больных паркинсонизмом.

Количественный анализ характеристик фМА Б-нейронов у больных с дрожательной симптоматикой показал наличие достоверной корреляции между степенью выраженности тремора, оцениваемой клиницистом, и такими параметрами активности, как средняя частота и вариабельность ритма пачек и процент ритмических Б—нейронов. Прогрессировать выраженности дрожания в клинической картине сопровождалось достоверным повышением средней частоты ритма Б—клеток, стабилизацией его и увеличением относительного числа регистрируемых нейронов- Эти изменения, по—видимому, являются результатом

-го -

поражения неспецифических систем мозга, входящих в систему arousal, наблюдаемого при паркинсонизме CRiclan í< Levita 1969"; Velas— со & Velasco 1979; Вейн 19B1; Brown St Marsden 19861, в частности MRF и базальных ганглиев. Это может приводить к снижению как прямых, так и опосредованных тормозных влияний на n.Rt [Pare et al. 1990; Steriade 19921, вызывая облегчение импульсации пачечных нейронов.

Сходная картина изменений в виде облегчения генерации ритмических пачек Б—нейронов наблюдалась нами в условиях кратковременного наркоза. В этом случае прослеживалась динамика обратимых изменений: подавление спайковой активности ft—нейронов и стабилизация пачек Б-клеток,сопровождавшаяся формированием синергии ритмических пачечных разрядов соседних нейронов Б—типа. Это облегчение ритмической пачечной импульсации в n.Rt на стадии засыпания и сна согласуется как с данными о влиянии наркоза на мембранные характеристики нейронов, так и с точкой зрения о модуляции активности нейронов n.Rt неспецифической таламопетальной импульсацией.

Целый ряд особенностей функционирования таламических нейронов, а именно: значительное повышение чувствительности ГАМК—А рецепторов, увеличение поляризующего мембранного тока при одновременном подавлении активности КГ+-3 и Na[+3 каналов при общей анестезии СFranks & Lieb 19943, способность генерировать пачки при гипер— поляризованной мембране [Steriade & Llinas 19В83, ГАМК—ергическая природа клеток n.Rt CHouser et al.1980; Yen et al.19853, особенности его нейропиля в виде многочисленных межклеточных дендро—дендритных контактов [Scheibel & Scheibel 1972;Besehenes et al.19853, — позволяет предположить, что описанные факторы в совокупности в условиях наркоза могут приводить к существенному изменению функционального состояния нейронов n.Rt и трансформации паттерна импульсной активности — подавлению спайковых одиночных импульсаций, опосредованных КС+З и NaC+3 каналами, потенциации пачечных разрядов и усилению синхронизирующих влияний. С другой стороны, применение наркоза может вызывать угнетение модулирующих влияний на n.Rt со стороны MRF, базальных ганглиев, других нижележащих образований [Steriade 1992; Sossi et al.19923 и коры [Villa et al. 19913 и облегчению генерации пачек Б—нейронами CMcCormick & Prince 19883. В целом, полученные в настоящей работе данные о влиянии

наркоза на характер клеточной активности в п. Fit соответствуют описанным в обоих случаях изменениям, свидетельствуя в пользу высказанных предположений и интерпретации наблюдё-вшегося Феномена стабилизации и синергии пачечных разрядов в п.fit человека.

3. Особенноету_еызваннсн_импульсн^ yeHpoHgg_nlRt=.

Роль п.Rt в неспецифических процессах кортико—таламической интеграции до сих пор остается наименее изученной CBirbaumer 19903. В частности, исследования корреляции вызванных потенциалов <ВП) в коре и n.Rt, выполненные на животных, показали реципрокность ответов: негативность в коре, соответствующая активации клеток, коррелировала с торможением нейронов n.Rt CSkinner S< Yingling 19763. Злектростимуляция n.Rt и его разрушение подавляли корковые ВП и нейронную активность CYingling S< Skinner 1977; Feeney et al.1977; Hayrapetian 197S; Fried et al.19813. На основе этих фактов сделано предположение об участии n.Rt в генерации неспецифических ВП: Е-еолны и потенциала готовности CSkinner & Yingling 1977; Birba-umer et al.19903.

В исследованиях на мозге человека с применением микроэлект— родной техники во время стереотаксических операций впервые было показано важное значение неспецифических структур таламуса, в тем числе n.Rt, и стриатума при осуществлении целенаправленных поведенческих актов, реализуемых при участии речевых систем CRaeva 1972,1986; Раева и Ливанов 1975; Раева 1977,19893. Выл выявлен особый класс полифункциональных клеточных элементов, названных "нейронами вербальных команд" (Н6К), селективно реагирующих на функционально значимые (императивные) стимулы-команды активацион— ными импульсными изменениями, опережающими реализацию целенаправленного двигательного или умственного действия, и установлена связь этих реакций с активацией избирательного внимания и инициацией произвольного движения, то есть с процессами пускового типа. На основе этих фактов сделано предположение о наличии в мозге человека единого регуляторно—пускового механизма, составляющего ключевое звено системы целенаправленной, опосредуемой речью деятельности СРаева 1977,1988,1989; Raeva 19863.

Проведенный в настоящей работе количественный анализ особенностей ВИЙ нейронов n.Rt, реагирующих на широкий спектр Функционально значимых речевых и сенсорных воздействий при реализации целенаправленных двигательных и умственных актов, подтвердил сделанный вывод о функциональной клеточной гетерогенности n.Rt: нейроны разный типов характеризовались различием паттернов реагирования при использовании однотипных воздействий. При этом, была выявлена многокомпонентная структура нейронных импульсных перестроек.

Паттерн реакции A-нейронов с нерегулярной спайковой активность« при предъявлении функционально значимых стимулов—команд (ФЗС) представлял собой суперпозицию последовательных активаций физического или реже тонического типа в разные в функциональном отношении фазы теста. Так, 1-й компонент реакции возникал в момент начала предъявления речевого ФЗС с ЛП=100—500 мс, длился до 0.5 с и был наименее стабилен; 2-й компонент выявлялся в фазу произнесения пусковой части команды с ЛП=50—200 мс от момента произнесения ударного слога императивного слова, длился 0.1—0.5 с или более и характеризовался высокой стабильностью проявления. Оба описанных компонента коррелировали с функциональной побудительной значимостью стимула при отсутствии специфичности к физическим и акустическим характеристикам ФЗС. 3-й и 4-й компоненты стабильно выявлялись на этапах инициации (за 100—200 мс до первых активационных изменений в ЭМГ) или реализации движения соответственно. Примечательно, что в пусковые Фазы теста, как и в момент реализации движения, в активности нейронов выявлялись достоверные положительные автокорреляции. Этот факт отражает возникновение в описанные Функционально значимые фазы теста феномена облегчения генерации импульсов А-нейронами, возможно, по типу rebound ENaka-hama et al.1972,1777; Балантер 1977; Медведев и Цыганков 19Б5; Медведев и Пахомов 19893.

Полученные данные существенно углубляют понимание феномена НВК CRaeva 1972,1986; Раева 1977,1988,19893. Анализ характеристик А-нейронов n.Rt позволяет отнести их к описанному ранее классу поливалентных клеточных элементов — нейронам вербальных команд [Раева и Ливанов 19753, выявленных в неспецифических и ассоциативных ядрах таламуса человека, в том числе в ростральном комплексе n.Rt—VA, в неостриатуме и бледном шаре.

В отличие от А—клеток, реакции пачечных нейронов Б—типа представляли CDбои длительно протекающее торможение, возникавшее в ответ на предъявление речевого фЗС с -ЛП=0.2—1 с и длившееся вплоть до реализации поведенческого акта. Осуществление движения сопровождалось восстановлением активности в виде посттормозной активации и стабилизации ритма пачек. Тормозный компонент ВИА Б—нейронов так же, как и параллельно протекающие активационные компоненты А—клеток, обнаруживал связь с функциональной значимостью стимула и отсутствие корреляций с видом поведенческой деятельности, физическими и акустическими характеристиками ФЗС- Можно предположить, что сопряженно возникающее торможение Б—нейронов при предъявлении речевого ФЗС, учитывая описанные выше особенности нейро— пиля n.Pt, ГАМК—ергическую природу и мембранные характеристики его нейроноз, отражает процессы, опосредующие облегчение проведения значимого вербального сигнала, осуществляемого при участии НВК.

В пользу сделанных предположений указывают также данные, свидетельствующие об участии n.Rt в системе переработки сложных слуховых сигналов, имеющих определенную функциональную значимость. По мнению ряда исследователей, наряду с обработкой частотных и временных характеристик звукового сигнала уже на уровне двухолмий и таламуса , в том числе и n.Rt, происходит кодирование "поведенческой значимости" звукового стимула [Huffman !< Henson 1990; Lalonde Ь Botez 1990; Villa & Abeles 1990; Lennart; 19923.

В отличие от А и Б-нейроноэ,клетки В—типа со спонтанными длительными пачечными разрядами были ареактивны ко всем использованным формам вербальной и сенсорной стимуляции. Только небольшая часть В—нейронов (2ЗУ.) выявляла активацию на высоте реализации и в последействии от движения виде спонтанного появления пачечных импульсаций.

Предъявление Функционально незначимых вербальных или сенсорных сигналов не вызывало достоверных изменений активности ни у одной исследованной клетки n.Rt.

Сопряженная реактивность А и Б-клеток при предъявлении вербальных ФЗС указывает на то, что в эти ключевые моменты в клеточных элементах n.Rt конвергируют облегчающие и/или угнетающие влияния различного происхождения [Harris et al.1987; Sumimoto et al.

19SS; Pollin et al.19913. Можно предположить, что 1-й и 2-й пусковые компоненты ВИА А—нейронов отражают проведение кортики—гала-мических "триггерных" посылок, обусловленных возможно активацией речевых зон коры tDjeroarjn 1934; Creutzfeldt et al. 1989; Nenov et al.19913 и отражающих активацию нисходящей медиоталамической фрон— то—кортикальной системы [Skinner & Yingling 1976,1977; Birbaumer et al.l99Q3. Сопряженно возникающее торможение активности Б-ней— ронов в эти моменты времени, по—видимому, обусловлено не только нисходящими корковыми воздействиями, но и в первую очередь, конкурентными восходящими угнетающими влияниями MRF и базальных ганглиев [Yingling & Skinner 1977; Fourment et al.1988; Pare et al. 1990; Miller et al.19923. На это указывает также выявленная в настоящей работе реципрокность ответов А и Б-нейронов n.Rt на стимулы, вызывающие реакции типа arousal с характерной динамикой уга— шения, а также анализ латентных периодов ВП различной природы (слуховых, потенциала готовности и Е—волны) в коре и Th человека, описанных в литературе [Galambos & Hillyard 1981; Velasco et al. 1985; McGee et al.19913. Эти данные позволяют предположить, что сопряженные перестройки активности нейронов А и Б типов отражают взаимодействие в n.Rt нескольких восходящих и нисходящих систем, участвующих в реализации целенаправленной деятельности человека.

В целом, представленные в настоящей работе данные подтверждают и уточняют положение о том, что n.Rt у человека является одним из важных пусковых звеньев, участвующих в вербально—моторной интеграции сигналов в функционально значимые этапы запуска и реализации системы целенаправленного поведенческого акта [Раева и Ливанов 1975; Раева 1977,19893. Описанные импульсные изменения в n.Rt отражают d динамически развивающиеся синергичные и/или конкурентные корково-подкорковые циркуляции, в первую очередь в не— специфических фронтальной и ретикулярной системах, опосредующие как познавательные, так и приспособительные функции, связанные с восприятием стимула, принятием решения, формированием цели и программы действия и ее реализацией CVerzeano 1977,1982; Watson et al.1981; Creutzfeldt 1988; Раева 1977,1988,1989; Birbaumer et al. 19903. функциональная роль n.Rt в этих процессах определяется,

по-видимому, обработкой (интеграцией) и проведением пусковым ней— рональных сигналов- На поведенческом уровне эти процессы обеспе? чивеют активацию избирательного внимания к значимому вербальному сигналу и запуск - инициацию (осуществление) целенаправленного поведенческого акта. Проведение этих пусковых сигнальных посылок А-нейронами (HPK) в n.Rt сопровождается торможением Б—нейроное, отражающим, по-видимому, феномен облегчения передачи этих Фази-неских активаций и, следовательно, вовлечение большего числа клеточных элементов различны« таламических структур в таламо—кортикальные интеграционные процессы.

4. Особенности^межнеиронн^ ^Rt.

Учитывая отсутствие в литературе работ, посвященных анализу межнейронным корреляций в п.Rt, представлялось важным специальное изучение этого вопроса применительно к близлежащим, одновременно зарегистрированным нейронам в функционально значимые фазы осуществления целенаправленного двигательного акта, запускаемого с помощью вербальной команды.

Кросскорреляционный анализ активности соседних нейронов п. Rt с помощью матриц ПК показал, что в пусковые фазы теста, то есть з момент произнесения пускового, императивного слова команды и в фазу инициации движения в исследованных парах А и Б—нейронов выявляются достоверные кратковременно протекающие корреляции импульсной активности. Между нейронами А—типа в момент предъявления императивной морфемы команды возникала синергия активационных реакций длительностью около 1 с (21%). Параллельно с этими перестройками и несколько опережая им (на 0.2-0.5 с) между нейронами Б—типа выявлялись положительные корреляции тормозных изменений (35%). В смешанных парах А и Б-клеток в момент произнесения вербальной команды возникали согласованно протекающие реципрокные отношения с ЛП==0.1-1 с и длительностью до 1.5 с (157.) , свидетельствующие d связи выраженности 2—го пускового компонента ангтивационной реакции А-нейрона и торможения Б-клетки.

Другой характер межнейронных корреляций наблюдался на этапе реализации движения и/или в последействии от него: во всех парах реагировавших А и Б—нейронов выявлялась достоверная синергия активаций клеточных элементов.

Прослеживая динамику межнейронных корреляций, можно предположить также, что торможение активности Б-нейронов при предъявлении речевого фЗС облегчает проведение Th—кортикальных циркуляций, опосредованных активациями A-нейронов. Возникающие в этот момент реципрокные отношения между нейронами А и Б—типа могут быть объяснены взаимодействием двух неспецифических систем — восходящей ретикулярной системы, оказывающей преимущественно тормозное влияние на клетки n.Rt, и нисходящей активирующей, медиоталамической фрон-то-кортикальной системы tScheibel 14BU; Steriade 1981,1990; Watson et al. 1981; Jones 1987; Birbaumer et al. 1990; Huffman !« Henson 1990; Miller 1992; Powell et al.19923. Существенную роль в возникновении связи между близлежащими нейронами в определенные этапы целенаправленного двигательного акта могут играть также локальные взаимодействия между клетками, обусловленные характерными для n.Rt многочисленными дендро-дендритными контактами и коллатеризацией аксонов в окружающем нейропиле tShaw et al.1982; Dykes et al.1988; Keller & White 1989; Eichenbaum et al.1989; Martiel et al.1994; Vidyasagar & Mueller 19943.

С другой стороны, синергично возникающие активационные сдвиги в импульсации ñ и Б—нейронов на этапе осуществления движения от— ражают, по—видимому, согласованную активацию двух восходящих та— ламических систем: релейной Th-кортикальной и ретикуло—галамичес-кой,— обусловленную афферентными потоками от работающей конечности CMassion & Ri spal—Padel 1986; Jones 19903.

В целом, полученные данные говорят о весьма специализированном характере межклеточных корреляций, возникающих в определенные Функционально значимые этапы целенаправленного движения. Можно предположить, что эти согласованно протекающие импульсные процессы в нейронах А и Б типов отражают функционирование в n.Rt двух Функционально различных, но тесно связанных нейронных подсистем, участвующих (реципрокно или синергично) в переработке и передаче пусковых нисходящих и афферентных восходящих сигналов при осуществлении целенаправленного действия.

С представленной точкой зрения и полученными данными согласуют ся результаты других авторов ERaeva 1986; Раева 1988,19393, а также клинико-физиологических исследований на при повреждении tBruyn 1989; Au et al.19913 или электростимуляции п.Ht COjemann 1984; Caoparrc-Le-f ebvre et al . 19923. В этих случаях наблюдались значительные поведенческие и когнитивные нарушения, о основе которых были дефекты, затрагивающие пери.ептивно~моторные пусковые механизмы системы избирательного внимания и реализации целенаправленных форм поведения ГКорсакова и Московичюте 1985; Damasio 19893. 06 этом свидетельствуют также результаты экспериментов на животных с разрушением или стимуляцией n.Rt Cli'Harzi et al . 1991 ; Kolasi ewi S2 et al.19923-

Полученные данные позволяют сделать заключение о поведенчески специализированном вовлечении отдельных нейронов n.Rt в интегра-тивные механизмы целостной работы мозга. Показано, что в активности отдельных нейронов в пределах небольшого клеточного ансамбля может находить отражение взаимодействие функционально и иерархически разных процессов при реализации сложных Форм высшей нервной деятельности. Это свидетельствует о высокой информативности экспериментального изучения системных интегративных процессор по показателям активности отдельных клеточных элементов.

ВЫВОДЫ

1. Предложен комплексный математический подход к анализу и интерпретации характеристик Фоновой и вызванной импульсной активности нейронов n.Rt с применением разработанного математического аппарата на основе предложенной модели представления БИА, метода главных компонент и матриц перистимульных корреляций и коварнаций известных методов статистики, включая многопараметрический корреляционный, регрессионный и факторный анализ. Показана обоснованность и эффективность использования этого подхода, в особенности при анализе реакций нейронов на различные виды стимуляции, в том числе с помощью вербальных сигналов.

2. На основе статистического анализа характеристик фоновой и вызванной активности в клеточном комплексе n.Rt человека выделено три типа нейроноЕ: с нерегулярной низкочастотной (О—10/с) одиночной активность» (517., А-тип); с ритмической (2-5 Гц) или редкой (0-1/с) генерацией коротких (10-30 мс) высокочастотных пачек из 3—6 спайков (42Х, Б—тип); с апериодическими длительными (0.1—2 с) высокочастотными пачечными разрядами, разделенными постоянными по длительности паузами молчания (7Х, В-тип>.

3. Нейроны n.Rt различных типов распределены диффузно вдоль длин— ника ядра в дорсо-вентральном плане. Средняя частота фоновых им— пульсаций нейроноЕ А-типа и средняя частота и вариабельность ритма нейронов Б—типа выявляли градиент роста в вентральном направлении .

4. Импульсации нейронов n.Rt всех типов, в том числе ритмических пачечных нейронов Б—типа, не коррелировали с ритмом паркинсоничес— кого тремора конечностей 4—6 Гц. Средние параметры активности Б— нейронов достоверно отличались у больных с более выраженной симптоматикой дрожания в клинической картине заболевания: средняя частота и стабильность ритма была выше у последних, чем у больных с ригидной и акинетической формами паркинсонизма.

5. Кратковременное (5 мин.) выключение сознания у больных в условиях наркоза (сомбрееин) вызывало у нейронов А и Б—типов сопряженные изменения активности: импульсации А—нейронов тормозились, ритмическая пачечная активность Б-нейроное стабилизировалась, соседние Б-нейроны разряжались синхронизироеанно.

6. Предъявление Функционально—значимого вербального сигнала (команды) сопровождалось изменениями импульсации нейронов А и Б—типов: нейроны А-типа выявляли комбинацию двух независимых, последовательно протекающих активаций на этапах восприятия и переработки речевого сигнала (1-й компонент) и в момент произнесения императивной (пусковой) морфемы команды (2-й компонент);

нейроны Б-типа выявляли реципрокное длительное торможение ритмические пачек, наминавшееся на этапе восприятия вербального гтимула и длившееся вплоть до ответной поведенческой реакции. Нейроны B-типа были ареактивны к применявшимся видам речевой стимуляции.

7. Реакции нейронов п.Rt А и Б—типов при вербальной стимуляции выявлялись только на функционально—значимые речевые сигналы: а) имеющие побудительное значение для реализации больным какого-либо двигательного или умственного акта и б) фокусирующие внимание больного и инициирующие готовность к какому-либо действию при предъявлении "пусковой" команды. Отсутствовала специфичность этик нейронныч процессов к физическим и акустическим характеристикам сигнала, определяющим реализацию больным конкретного поведенческого акта. Все исследованные нейроны n.Rt были ареактивны к Функционально—незначимым словам—стимулам и акустическим невербальным раздражителям.

S. Реализация больным двигательного акта сопровождалась синергич— ными активациснными компонентами реакции А и Б—нейронов n.Rt на этапах инициации (А—нейроны) и осуществлении движения и/или в последействии от него <А и Б-нейроны)- Эти импульсные процессы не коррелировали с видом и соматотопией движения. Dee исследованные нейроны п.Rt были ареактивны к проприоцептивным и тактильным пробам на тех же и других конечностях.

V. В функционально важные моменты вербально опосредованной поведенческой деятельности, соседние нзйроны n.Rt Л и Б—типов динамически формируют ансамбль в виде синергично или сопряженно разряжающихся клеточных элементов: в пусковую фазу принятия решения при предъявлении речевой команды нейроны А—типа синхронно активируются, нейроны Б—типа синхронно тормозятся? на этапг? реализации и/или в последействии от движения клетки А и Б—типов синергично активируются.

10. Синергия и сопряженность импульсации в клеточный ансамблях n.Rt коррелировали с функциональной значимостью вербального (сенсорного) сигнала. Отсутствовала специфичность этих межнейронных процессов к Физическим и акустическим характеристикам стимула. Предъявление незначимых стимулоз не приводило к возникновению взаимосвязи импульсаций соседних нейронов n.Rt.

11. Выявление в n.Rt согласованно протекающих импульсных реакций нейронов 2-х типов (А и Б) в моменты восприятия и переработки Функционально-значимого речевого стимула, запуска и реализации произвольного движения свидетельствует о деятельности в n.Rt 2-х Функционально связанных нейронных подсистем, представленных клет— ками А и Б—типа и реципрокно или синергично участвующих в передаче пусковых, вербально опосредованных нисходящих и афферентных восходящих сигналов при осуществлении человеком целенаправленного поведенческого акта.

12.Полученные в настоящей работе данные могут использоваться для идентификации n.Rt и соседних таламических ядер при нейрохирургических вмешательствах с целью уменьшения побочных эффектов хирургических деструкций в зонах, связанных с реализацией высших психических функций.

Работы, опубликованные по материалам диссертации.

1. Раева С.Н., Вайнберг H.A., Соболь А.И., Лукашев А.О. К вопро-

су о применении теории расплывчатых множеств как одного из возможных подходов к пониманию принципов идентификации функционально обьединенных клеточных комплексов некоторых подкорковых структур мозга человека//Докл. 111 Всесою'з.науч.—rex. сем."Управление при наличии расплывчатых категорий", Пермь, 19S0. — С. 86-83.

2. Лукашев А.О., Раева С.Н. К анализу оценки результативности опе-

ративных вмешательств на глубинных структурах мозга человека при нечеткой исходной информации//Докл.IV Всесоюз.науч.—тех.

сем."Управление при наличии расплывчатых множеств", Фрунзе, 1981.-С.58-60.

5. Раева С.Н., Вайнберг H.A., Тихонов W.H., Лукашев А.О. Анализ микроэлектродного изучения импульсной активности некоторых ядер таламуса применительно к функциональной идентификации их во время одномоментных стереотаксических операций// физиология человека.—19S2.— 8, N 5.— С.734-745.

7. Лукашев А.О., Шапиро Д.И., Раева С.Н. О некоторых результатах использования методов теории нечетких множеств в нейрохирургической клинике/Проблемы нейрокибернетики/Ред. А.Б.Коган.— Ростов н/Д: Изд-во РГУ, 1983.- С.33.

5. Лукашев А.О. Анализ импульсной активности нейронов ретмгуляр— ного ядра таламуса ненаркотизированного мозга человека// "XIV съезд Всесоюз.физиол.об—ва им.И.П.Павлова, Баку, 1983".— Л.: Наука, 1983.- 2.- С.310-311.

Ь. Раева С.Н., Вайнберг H.A., Тихонов Ю.Н., Лукашев А.О. Клеточные механизмы двигательных нарушений при паркинсонизме/ Мат—лы III Всесоюз.съезда нейрохирургов/Ред. А.Н.Коновалов.— М.- 1933.- С. 122.

7. Raeva S.N. , Vainberg N.A., Ti khonov Yu.N. , Lukashev A.D. Ana-lysys of data -from mi croelectrode study of spike discharges in some thalamic nuclei//Human Physiology, N.Y.iCons.Bureau, 1983.- P.339-348.

3. Лукашев A.D. О некоторых особенностях фоновой и вызванной активности ретикулярного ядра таламуса головного мозга человека/Принципы и механизмы деятельности головного мозга челове— ка/Ред. Н.П.Бехтерева.- Л.: Наука, 1985.- С.96-97.

?. Раева С.Н., Лукашев А.О. Исследование взаимовязи нейронных и суммарных электрографических процессов опережения в коре и некотоых подкорковых структурах головного мозга человека при целенаправленных действиях/ZIbid-— С.105-106.

3. Раева С.Н., Лукашев A.Q., Лашин А.П. Пространственно-временная организация нейронных процессов в некоторых ядрах таламуса при обучении//Труды Всесоюз.конф.по нейронаукам, Киев, 1986.- Киев: Наукова Думка, 1986.- С.175-176.

- St-

11. -Лукашев Д. О, О связи клеточных импульсных процессов ненаркоти—

зировадоого мозга человека с системными реакциями поведенческого уровня/ Нейроны в поведении: Системные аспекты/ Ред.

B.Б.Ввьфкое.- М. : Наука, 1986.- C.91-9S.

12. Раева С.Н., Лукашев A.D. Особенности фоновой активности ней-

роне» ретикулярного ядра таламуса мозга человека//Нейрофизи-ология.- 1987.- 19, N 4,- С. 456-466.

13. Раева С.Н., Лукашев A.D., Лашин A.D., Васин Н.Я., Кадин А.Л.,

Шабалов В.А., Гроховский Н.П. Реакции нейронов ретикулярного ядра таламуса мозга человека при речевых и сенсорных воздействиях различной сигнальной значимости//Нейрофизиология.— 1990.- 22, N 4.- С. 441-451.

14. Раева С.Н., Лукашев А.О., Кадин А.Л., Васин Н.Я., Шабалов В.А.,

Гроховский Н.П. Динамика нейронных взаимодействий в ретикулярном ядре таламуса мозга человека при речевых стимулах разной сигнальной значимости//Нейрофизмология.- 1990.- 22, N 4.—

C. 451—459.

15. Лукашев А.О. , Раева С.Н. Исследование динамики импульсных

процессов нейронов головного мозга человека с применением метода главных компонентов//Нейрофизиология.- 1990.- 22, N 6.- C.ail-819.

16. Raeva S., Lukashev A., Lashin A. Unit activity in human

thalaaiic reticularis nucleus. I. Spontaneous activity// Electroencephalogr. Clin. Neurophysiol.- 199Q-- 79, N 1.-P.133-14Q.

17. Raeva В., Lukashev A. Unit activity in human thalamic reticu-

laris neurons. II. Activity evoked by significant and nonsignificant verbal or sensory stimuli/ZElectroencephalogr. Clin. Heurophysiol.— 1993.- 8b, N 2.- P.110-122.