Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Морфофункциональная организация центральных систем управления лицквой мускулатурой у взрослых и развивающихся мышей

ВАК РФ 03.00.13, Физиология

Автореферат диссертации по теме "Морфофункциональная организация центральных систем управления лицквой мускулатурой у взрослых и развивающихся мышей"

?Г5 ОД

Российская Академия Наук

2 5 ¿ЕК 2003

институт высшей нервной деятельности и

нейрофизиологи! i

На правах рукописи УДК 612.825.58+612.743

ПРОНИЧЕВ ИГОРЬ ВИКТОРОВИЧ

МОРФОФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ЦЕНТРАЛЬНЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ЛИЦЕВОЙ МУСКУЛАТУРОЙ У ВЗРОСЛЫХ И РАЗВИВАЮЩИХСЯ

МЫШЕЙ

Специальность 03.00.13 «Физиология человека и животных»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук

Москва-2000

Работа выполнена на Кафедре анатомии и физиологии человека и животных Удмуртского государственного Университета (Ректор, профессор В.А.Журавлев)

Официальные оппоненты:

Доктор биологических наук, профессор

A.Я.Супин

Доктор биологических наук, профессор

B.В.Шульговский

Доктор медицинских наук М.Е.Иоффе

Ведущее учреждение:

Институт нормальной физиологии им. П.К.Анохина РАМН

Защита состоится « 29 » ноября 2000 г.

В_14_часов на заседании Специализированного Ученого Совета

Д-ООЗ. 10.01 при Институте высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН по адресу: 117865 г. Москва, ул. Бутлерова, д. 5А.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН по адресу: 117865 г. Москва, ул. Бутлерова, д. 5А.

Автореферат разослан «_»_2000г.

Ученый секретарь Диссертационного совета Д.0М1Л т

доктор биологических наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность проблемы

Появившись у териоморфных рептилий, лицевые мышцы наибольшего развития достигают у млекопитающих [Татаринов,1976]. Их развитие и сложная дифференциация (до 40 отдельных мускулов) связаны с появлением ушной раковины, мягких подвижных губ, подвижного кончика носа и вибрисс. Формирование функционального комплекса лицевых мышц у млекопитающих приводит к установлению сложных взаимоотношений между отдельными его элементами. Эти взаимоотношения выражаются в чрезвычайном разнообразии лицевой мускулатуры в пределах не только крупных, но и мелких таксонов класса [Гамбарян, 1982, 1989]. Сложная морфология отражает и огромную функциональную роль лицевой мускулатуры в двигательном репертуаре многих млекопитающих, участвующей в выполнении биологически необходимых рефлекторных актов (жевание, сосание, глотание), в координации движений, связанных с ориентацией в пространстве ( пассивная и активная тактильная локация с помощью вибрисс, обнюхивание), а также участвующей в сложных формах социального поведения (мимика, вокализация)[Li е.а.,1991, Luppino е.а.,1993, Manger е.а.,1995,1997].

Несомненно, что вместе с развитием и усложнением лицевой мускулатуры формировались и новые центральные системы управления данными мышцами. Однако сегодня очевидна слабая изученность этих систем. Хорошо известно, что в организации многих сенсорных систем применяется принцип многоканальное™. Наличие параллельных каналов обработки и передачи сенсорной информации обеспечивает сенсорной системе большую тонкость анализа сигналов и значительную надежность. Особенно ярко это проявляется на примере зрительной системы[Шевелев, 1984,Глезер, 1985, Хьюбел,1990]. Данное положение справедливо и для организации двигательных систем. Достаточно вспомнить о делении на пирамидную и экстрапирамидную системы, обеспечивающих локомоторную активность у многочисленных представителей класса млекопитающих [Phillips е.а., 1977, Kaas,1987, Krubitzer,1995]. Соответственно и для центральных систем мозга, принимающих участие в регуляции фациальных мышц, мы ожидали также обнаружить принцип многоканальности.

Полученные ранее факты, а также анализ данных литературы позволили предположить нам о существовании по меньшей мере двух систем контроля лицевых мышц, сформированных уже у примитивных

млекопитающих: кортикофациальной и тектофациальной. Есть основания полагать, что эволюция этих систем проходила по другому сценарию, отличному от развития пирамидной и экстрапирамидной систем. Фрагментарная изученность высших звеньев фациального контроля, полное отсутствие знаний об организации этих систем, их развитии в ходе онтогенеза, а также о формах взаимодействия между ними, с одной стороны, и осознание, что данные знания могут послужить ключом к лучшему пониманию стратегии развития мозга, с другой стороны, позволило сформулировать основную

Цель работы

Выявить структурные и функциональные компоненты взаимодействия между кортико- и тектофациальной системами.

.Задачи исследования:

1. Выявить особенности структурной и функциональной организации кортико- и тектофациальной систем.

2. Сопоставить характеристики двух систем регуляции лицевыми мышцами и определить степень их функционального разделения, а также уровни взаимодействия.

3. Выявить динамику взаимовлияний кортико- и тектофациальной систем в ходе раннего постнатального онтогенеза.

Научная новизна

Проведенное исследование позволило выявить организацию двух основных систем регуляции активности лицевой мускулатуры-кортико- и тектофациальной.

Впервые показаны принципиальные отличия в организации и функционировании кортикофациальных и кортикоспинальных связей, что позволяет говорить о разных источниках формирования нисходящих путей.

Показано четкое разделение функций двух систем регуляции активности лицевой мускулатуры, несмотря на общность данных систем на низших звеньях их структурной организации.

Показана гетерохрония в созревании кортико- и тектофациальной систем в ходе раннего постнатального онтогенеза.

Проведенное исследование позволило составить схему основных структур и путей, участвующих в регуляции активности лицевой мускулатуры.

Теоретическое и практическое значение работы

Проведенное комплексное морфофизиологическое исследование позволило выявить существенные отличия в нисходящих влияниях центральных систем мозга, участвующих в управлении лицевыми и соматическими мышцами. Выявленные особенности позволяют расширить представления об организации и принципах управления двигательных систем.

Полученные результаты о характере взаимодействия двух основных систем фациального контроля, позволяют говорить не только о привычных тормозных кортикофациальных влияниях, но и о модулирующих воздействиях коры.

Результаты работы могут быть учтены при составлении курсов лекций по физиологии ЦНС, физиологии движений и эволюционной физиологии.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Контроль над активностью лицевых мышц осуществляется с помощью двух основных систем регуляции: филогенетически более древней - тектофациальной и филогенетически молодой - кортикофациалыюй.

2. Эволюция текто- и кортикофациальной систем шла по своей схеме, отличной от эволюции текто- и кортикоспинального трактов.

3. Общим премоторным звеном для кортико- и тектофациальной систем регуляции лицевыми мышцами являются ядра шва, что предполагает не только коллекторную, но и модулирующую функцию этих ядер.

Апробация работы

Основные материалы диссертации докладывались и обсуждались на б-ом Международном симпозиуме по моторному контролю, Албена, Болгария, 1989; Всесоюзном симпозиуме : «Регуляция сенсомоторных функций», Винница, 1989; 2-ом съезде физиологов Уральского региона, Свердловск, 1990; Х-Всесоюзном совещании по эволюционной физиологии, Ленинград, 1990; I-Всероссийском совещании по картированию мозга, Москва, 1991; X-Международной конференции по нейрокибернетике," Ростов-на-Дону, 1992; I-Международном совещании по эволюционной физиологии, Ст. Петербург, 1996; Саттелитном симпозиуме ISDN "Basic and clinical aspects of neural development", С-т.Петербург, 1996; на 3-й и 4-й

Российской Университетско-Академической научно-практической конференции, Ижевск, 1997,1999; XVII съезде Всероссийского физиологического общества им. И.П.Павлова, Ростов-на-Дону, 1998; IV съезде Российских морфологов с международным участием, Ижевск,1999; Всероссийской научной конференции с международным участием, посвященной 150-летию со дня рождения академика И.П.Павлава, С-т.Петербург,1999, XXX Всероссийском совещании по проблемам высшей нервной деятельности, С-т.Петербург,2000.

По материалам диссертации опубликовано 30 научных работ.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, 6 глав, выводов, указателя литературы. Работа изложена на 291 странице, включает 67 рисунков, 4 таблицы и 17 фотографий. Указатель литературы состоит из 469 работ.отечественных и зарубежных авторов.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Проведено комплексное морфофизиологическое изучение центральных систем регуляции лицевых мышц на взрослых и развивающихся белых нелинейных мышах (БИЯ), массой от 1,5 до 37 г, в возрасте от 3 дней до 4 месяцев. Животные наркотизировались тиопенталом натрия (80 мг/кг, внутрибрюшинно - для взрослых животных и 70-75 мг/кг для мышат). Взрослые животные, несмотря на большие вариации в весе, были с завершенным окостенением черепа, о чем свидетельствовало устойчивое расстояние между фронтальным швом и брегмой (3,5 мм). У развивающихся мышей расстояние между швами варьировало от 2,3 до 3,4 мм по мере увеличения возраста. Расстояние между швами определяли с помощью микроциркуля на основании трех последовательных измерений (погрешность измерения 0,1 мм).

Оперативные процедуры

У животных производили скальпирование и одно- или двустороннюю краниотомию кпереди от брегмы при подкожной анестезии 0,5-1,0%-ным новокаином. Череп жестко фиксировали быстротверцеющей пластмассой или зубным цементом к кронштейнам стереотаксического аппарата. Туловище подвешивали в эластическом гамачке. Обнаженную поверхность мозга заливали подогретым вазелиновым маслом, периодически сменяемым. Животное, закрепленное в стереотаксический аппарат, согревалось с помощью грелки.

Стимуляция

Для микростимуляции (МС) использовали стеклянные микроэлектроды, заполненные 1,5 М цитратом натрия, с кончиками, обломленными под микроскопом до диаметра 4-8 мкм и сопротивлением 1,0-2,5 МОм. Для внутрикорковой МС использовались короткие серии прямоугольных импульсов длительностью 0,3-0,4 мс, частотой 300-400 имп/с, от 3 до 9 импульсов в пачке, интенсивностью не более 50 мкА для взрослых животных, в соответствии с рекомендациями [Asanuma, Arnold, Zarzecki,1976], и не более 80 мкА для мышат 5-20 дневного возраста. При работе с 3-7 дневными животными использовали также одиночные импульсы длительностью 5-10 мс не более указанной интенсивности тока. Ток измеряли при каждой подаче стимуляции по падению напряжения на калибровочном сопротивлении (1 кОм).

Ход исследований

В первой серии экспериментов (100 животных) изучали организацию лицевых двигательных представительств (ЛДП) во фронтальной области коры взрослых мышей. Электроды погружали трансдурально с помощью механического манипулятора в левое или правое полушария или в оба поочередно, в цитоархитектонические поля 4,6,8 по классификации Caviness (1975). Микростимуляцию начинали с глубины 500-700 мкм и тестировали пороги вызова ДО с шагом 50 или 100 мкм вплоть до глубины 1400-1700 мкм.

Во второй серии экспериментов (127 животных) изучали формирование ЛДП у мышат в возрасте от 3 до 20 дней постнатального периода. В отличие от взрослых мышей, в данной серии экспериментов шаг стимуляции по глубине составлял 200-500 мкм. С учетом толщины коры стимуляцию производили до глубины 1,0-1,5 мм на мышатах в возрасте до 12 дней и до глубины 2,0 мм для старших возрастных групп. Оценку толщины моторной коры осуществляли с помощью окулярного микрометра АМ-9-2, установленного на бинокулярный световой микроскоп по готовым срезам, окрашенным по Гольджи.

В третьей серии экспериментов (40 животных) исспедовали организацию ЛДП в верхних холмах мыши. Для подхода к ВД удаляли костный намет над мозжечком и вскрывали 'каудапьную часть затылочной кости. В ростральные участки ВД, прикрытые полушариями большого мозга, электроды погружали через неокортекс.

Точками отсчета для измерения координат трека были сагиттальный шов и каудальный край исследуемых холмов.

В четвертой серии экспериментов (25 животных) изучался характер кортико-тектальных взаимодействий с помощью метода распространяющейся депрессии В проведенных экспериментах изучалась зависимость двигательных ответов и их латентных периодов, возникающих при микростимуляции ВД, от влияний коры больших полушарий головного мозга. Стимуляция точек и регистрация двигательных ответов производились на различных глубинных уровнях.

ДО и их ЛП снимались как до депрессии коры больших полушарий, так и после нее; в части опытов через различные промежутки времени после иппликации раствора КС1.

.Наблюдение и регистрация двигательных ответов

Во всех сериях экспериментов, связанных с МС, характер и локализацию ДО определяли посредством прямого визуального контроля. Для удобства одновременного наблюдения за спонтанными и вызванными движениями контралатеральной и вентральной поверхностей головы мыши использовали зеркала. Бесконтактную регистрацию ДО вибрисс, участков губы и нижней челюсти производили с помощью фотодиода , воспринимающего световой поток от точечного источника, расположенного так, чтобы тень от вибриссы падала на светочувствительную поверхность элемента . Смещение тени, падающей на рабочую поверхность фотодиода, изменяло количество достигающего ее света, что вызывало сдвиг величины электрического потенциала, генерируемого фотодиодом. Для получения ДО, свободных от собственных колебаний, и более точного определения ЛП ответа вибриссы обычно подрезались до 1,52,0 см перед регистрацией. Для регистрации ДО нижней челюсти и других частей морды мыши мы подклеивали предварительно волоски к этим участкам головы. В случае билатеральных реакций вибрисс или верхней губы, осуществлялась одновременная регистрация этих ответов с помощью двух фотодиодов . Регистрируемые ДО с экрана осциллографа снимались на фотопленку с помощью фотоприставки ФОР-2.

Антероградная дегенерация с последующей импрегнацией серебром дегенерировавших волокон

Данная методика применялась с целью изучения эфферентных связей моторной коры и глубоких слоев ВД. Дегенерация

двигательных путей вызывалась хирургическим разрушением участков моторной коры или одного из ВД мозга мыши. В период постоперационного переживания (7-10дней) происходила антероградная дегенерация волокон, после чего животному вводилась летальная доза тиопентала натрия, и животное подвергалось внутрисердечной перфузии физраствором и 10%-ным нейтральным формалином. Затем, в течение 14 дней мозг дофиксировали в 10%-ном нейтральном формалине. Срезы изготавливали на замораживающем микротоме толщиной 30-40 мкм и обрабатывали по методу Игера [Eager, 1970].Готовые препараты изучали под световым микроскопом марки "Jenaval".

Изучение транспорта примулина

С целью изучения организации кортико- и тектофациальных путей производили электрофоретические инъекции 10% -ного примулина (SERVA) в ряд подкорковых структур через стеклянную микропипетку с диаметром кончика 10-20 мкм. Выведение примулина осуществляли прямоугольными импульсами тока (анод) длительностью 200 мс, частотой 4 имп/с и интенсивностью 8-10 мкА в течение 10 минут. Электрод после электрофоретической инъекции примулина находился в ядре еще 5-10 минут. Через 24-48 часов производили интракардиально перфузию 0,9% -ным физиологическим раствором, замещаемым 4-6%-ным параформальдегидом на фосфатном буфере с добавлением 5%-ного раствора сахарозы, который в свою очередь, замещался на 10%-ный раствор сахарозы на фосфатном буфере (РН=7,2), охлажденный до +4°с. Мозг извлекался и фиксировался в охлажденном фиксаторе ночь. Срезы изготавливали на замораживающем микротоме толщиной 50-60 мкм и монтировались на предметные стекла. Затем препараты высушивали на холоде, обрабатывали в спиртах (70°,96°,100°) по 1 минуте в каждом, просветляли в толуоле 3 минуты и заливали 25%-ным полистеролом. Готовые препараты смотрели под люминесцентным микроскопом "Люмам-И1" при длине возбуждающего света 360-420 нм с использованием возбуждающих светофильтров - ФС-1-2 и запирающих светофильтров - СЗС24-4. На фоне диффузно-зеленого свечения окрашенные примулином клетки были видны в виде ярко светящихся золотистых скоплений.

Электронная микроскопия

Для электронномикроскопического исследования (15 животных) у мышей разрушали участок фронтальной коры и животных

отсаживали на 7 суток в отдельную клетку. Б течение этого времени происходила антероградная дегенерация волокон. Затем животное наркотизировали 0,8% раствором нембутала и проводили перфузию внутрикарщиально смесью 2,5% глутарового альдегида и 2% параформвльдегида с добавлением 5% сахарозы на фосфатном буфере (РН=7,2-7,4). Вырезанные фрагменты мозга, содержащие исследуемые ядра фиксировали в 1% растворе четырехокиси осмия на фосфатном буфере и заключали в ЭПОН-812. Из заточенных блоков изготавливали ультратонкие срезы толщиной 50 нм, которые контрастировали 1,5% уранил-ацетатом. Срезы изучали под электронным микроскопом JEM-100.

Окрашивание развивающейся нервной ткани по Гольджи

.Для выснения морфологической картины развития моторного неокортекса мы применяли классический метод Гольджи. Оперативные процедуры проводились по общей схеме . Перфузию осуществляли 0,9% физиологическим раствором, сменяемым 10%-ным нейтральным формалином. Срезы изготавливали на замораживающем микротоме толщиной 40-50 мкм во фронтальном и тангенциальном направлениях. Далее проводили стандартное обезвоживание и заключение под бальзам. Готовые срезы изучались с помощью светового микроскопа Jenaval.

Обработка данных

Измерения латентных периодов ДО производились по записям на фотопленке под фотоувеличителем с точностью от 0,1 до 0,5 мс в зависимости от скорости развертки. Статистическую обработку и графическое представление данных проводили на IBM PC -486 с использованием программ "Excel- 7" и "Statistika-5". Морфометрический анализ проводили с помощью программы " ImagePro Plus З.Г.

ОРГАНИЗАЦИЯ КОРТИКОФАЦИАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ Роль фронтальной коры в управлении лицевой мускулатурой

Среда представителей отряда грызунов организация лицевых двигательных представительств (ЛДП) была относительно подробно изучена у белой крысы [Sanderson e.a.,1984;Nudo е.а.,1990; Toldi е.а.,1996 и др.]. Опираясь на эти данные, мы предполагали получить сходные результаты и в наших экспериментах. Однако в ходе наших исследований были выявлены как сходства, так и существенные

отличия в организации ЛДП у белой мыши. Прежде всего, следует отметить, что ЛДП у мыши располагается кпереди от брегмы и занимает почти 2/3 от общей площади фронтального неокортекса, при этом наблюдается достаточно четкое разграничение области ЛДП и двигательных представительств конечностей (ДПК). При микростимуляции (МС) данной области коры регистрировали двигательные ответы (ДО) отдельных участков верхней губы, челюсти, вибрисс и других частей морды при токах в диапазоне 2-30 мкА. Систематически воспроизводимым во всех опытах фактом оказалось четко выраженное доминирование ипсилатерального характера ДО вибрисс и фрагментов верхней губы при пороговой или слабо надпороговой интенсивности МС. Лишь при значительном, в несколько раз, повышении интенсивности стимуляции могли возникать билатеральные ДО вибрисс и ростральных участке® верхней губы, однако и в них амплитуда ипсилатерального компонента была выше. Случаев смены ипсилатерального ответа на контралатеральный при более глубоком наркозе мы не отмечали. Контралатеральные лицевые ДО были отмечены лишь в 9 треках из более 200 обследованных. В то же время ДО дистальных суставов передней и задней конечностей (пальцев, кисти, предплечья, стопы), в тек случаях, когда микроэлектродные треки проходили в представительстве конечностей в пределах цитоархитектонического поля 4, локализованного вдоль коронарного шва черепа, были в большинстве случаев строго контралатеральными. Таким образом в отношении способа коркового контроля лицевой мускулатуры нами показан преимущественно ипсилатеральный характер кортико-моторных нисходящих связей у мыши, в отличие от преимущественно контралатерального характера корковых влияний на дистальные мышцы конечностей.

В ходе экспериментов были отмечены значительные различия (р<0,01) в локализации и характере ДО при стимуляции во фронтальных полях коры левого и правого полушарий (Рис.1). В частности, показано доминирующее положение челюстныя. (правое полушарие) и губных (левое полушарие) зон в представительстве лицевой мускулатуры в неокортексе мыши, что .по-видимому, связано с важной ролью соответствующих групп мыипГ в двигательном репертуаре у этого вида грызунов. С одной стороны, обнаруженная нами межполушарная асимметрия в организации ЛДП пока не имеет

Рисунок 1. Обобщенная карта моторного представительства морды в неокортексе белой мыши. Обозначения представительств: НЬ-задней конечности; БЬ- передней конечности; V- вибрисс; Д- челюсти; ЦЬ- верхней губы; Е- век.

аналогий в исследованиях на других млекопитающих, с другой стороны, наличие межполушарных различий- это характерное свойство коркового уровня регуляции двигательных систем [БерншТейн, 1990].

С целью изучения характера нисходящих кортикофациальных влияний нами проведены измерения латентных периодов (ЛП) двигательных реакций различных участков лицевых мышц. Данное исследование показало, что ЛП верхней губы на низкопороговую МС варьировали в диапазоне от 10 до 26 мс (среднее 16,4±3,31 мс;п=118), вибрисс - 5-30 мс (18,8±3,66мс;п=101), челюсти - 10-26 мс (13,0±2,72;п=141). В распределении ЛП двигательных ответов вибрисс, в отличие от ЛП верхней губы, выделяется небольшая группа ДО с латенцией меньше 10 мс, хотя максимально выраженный интервал -18-22 мс . Наиболее коротколатентными были ДО челюсти, большинство которых ^укладывалось в интервал от 10 до 16 мс . Полученные результаты указывали на олигосинаптический характер системы связей части кортикофугальных аксонов с нейронами моторных ядер ствола, иннервирующих лицевую и внутриротовую мускулатуру, что было несколько неожиданным для нас, поскольку известно, что корковое управление стволовой мускулатурой осуществляется с помощью прямого «скоростного» пути (пирамидного) и мы ожидали подобного же нисходящего контроля и в отношении лицевой мускулатуры.

Таким образом , выявленные нами особенности функциональной организации ЛДП, в ходе электрофизиологических исследований, подразумевали и наличие структурных особенностей в организации кортико-фациальных путей, что побудило нас провести специальное морфологическое исследование.

ОРГАНИЗАЦИЯ КОРТИКО-ФАЦИАЛЬНЫХ ПУТЕЙ У БЕЛОЙ МЫШИ

Факт того, что в электрофизиологических экспериментах были зарегистрированы коротколатентные ДО лицевых мышц в ответ на низкопороговую МС, указывал на наличие олигосинаптического характера кортико-фациальных влияний. Однако организация кортикофациальных путей у белой мыши была не изучена.

Первоначально с помощью метода антероградной дегенерации нервных волокон изучался ход дегенерировавших волокон к подкорковым ядрам на различных уровнях головного мозга после

хирургического разрушения небольшого участка фронтального неокортекса. Во всех экспериментах дегенерировавшие волокна направлялись к ипсилатеральному моторному ядру тройничного нерва , красному ядру, ядрам Кахаля и Даркшевича - билатерально, а также к ядрам шва: большому (п.гарЬе ша£пиз), бледному (п.гарЬе ра1Нёиз) и скрытому (п.гарЬе оЬБсигиз) . Большинство импрегнированных волокан, направляющихся к этим ядрам, имели высокую степень дегенерации. Исходя из полученных результатов, мы составили предварительную схему нисходящих влияний моторной коры на ядро лицеваго нерва, которая требовала дальнейшей проверки. Прежде всего нас интересовало наличие возможных прямых кортико-фациальных связей. Для этих целей была проведена серия экспериментов с электрофоретическим введением примулина в разные отделы ЯЛН. Ипсилатерально маркированные клетки были обнаружены в медиальном отделе тройничного моторного ядра и в центральном сером веществе. На стороне, противоположной месту введения красителя, меченые нейроны найдены в бульбарной ретикулярной формации , а также в ретикулярной формации среднего мозга (мезенцефалическое тройничное ядро) . Многочисленные окрашенные тела нейронов были выявлены в ядрах шва. Однако ни в одном из случаев введения примулина в ЯЛН не было обнаружено меченых нейронов в неокортексе. Таким образом, наличие прямого кортишфациального пути у белой мыши нами не было подтверждено. Однако наши данные и анализ литературных источников, позволили нам выделить ряд структур мозга, наиболее вероятно претендующих на промежуточные звенья в кортикофациальной системе регуляции лицевых движений. К таким структурам были отнесены : ядра шва и ядра Даркшевича и Кахаля. В связи с этим проведены дополнительные исследования с инъекцией флуоресцентного красителя в обозначенные ядра.

При введении примулина в ядра шва меченые клетки были обнаружены во всех опытах в мезенцефалическом ядре тройничного нерва (пДг.теБепсерЬаНЫ пЛг^епшп) .и красном ядре (п.гиЬег) -билатерально, и что особенно важно, обнаружена униполярная связь с латеральной и дорсальной областями моторного неокортекса. Опираясь на полученные данные, можно было предположить, что кортикофугальный контроль над ядром лицевого нерва осуществляется тремя путями:

• 1 -дисинаптический путь с переключением в ядрах шва;

• 2-трисинаптический путь с переключениями в красном ядре и ядрах шва;

• 3-трисинаптический путь с переключениями в мезенцефалическом тройничном ядре и ядрах шва.

Доказательства существования 1 и 2 пути нами были получены. Что же касается 3 пути, то о нем можно было говорить только предположительно, так как нет доказательств существования прямой проекции из моторной коры в мезенцефалическое тройничное ядро. Для решения данного вопроса нами были проведены инъекции примулина в мезенцефалическое ядро тройничного нерва. Во всех опытах меченые примулином нейроны были выявлены в контралатеральном мезенцефалическом ядре тройничного нерва, билатерально - в верхнем и нижнем двухолмии, красном ядре и в ядрах Кахаля и Даркшевича, и ипсилатерально пометались клетки моторной коры. Таким образом нами было подтверждено существование прямой проекции из моторной коры в мезенцефалическое ядро тройничного нерва. Кроме того, электронно-микроскопические исследования дегенерировавших окончаний после разрушения участков фронтальной коры, показали также наличие прямых связей могорного неокортекса с ядрами Даркшевича и Кахаля, а также ядрами шва . Скорее всего данные ядра оказывают на ЯЛН модулирующее воздействие, обеспечивая согласованную работу глазодвигательных мышц, мышц шеи и лицевой мускулатуры.

Результаты проведенных нами исследований показали, что кортикофациальный контроль осуществляется через сложную систему, включающую несколько нисходящих путей, что подтверждает предположение, сделанное нами ранее. Такую систему нисходящих связей моторного неокортекса удобно представить в виде схемы (Рис. 2), где отражены возможные пути кортико-фациальных влияний у белой мыши.

МоСиг cortex

Nuc. Urcsbcwttsb Nuc.Csjal

N'k rub«f

Nuc motonus п. trigcmmi

fiuc.to гажоссрЫк! л Uiganmi

Nuc ПфЬгоЬмш Nik. raphe торт» N*. гвЬегаШДи.

No. a, (actaju

Рисунок 2. Обобщенная схема нисходящих влияний моторной коры на ядро лицевого нерва.

ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ СОЗРЕВАНИЕ МОТОРНОГО НЕОКОРТЕКСА БЕЛОЙ МЫШИ В РАННЕМ ПОСТНАТАЛЬНОМ ОНТОГЕНЕЗЕ

В предыдущих сериях экспериментов, выполненных на взрослых мышах, нами выявлен ряд особенностей организации моторного неокортекса. А именно: преобладание ипсилатеральных низкопороговых ДО вибрисс и верхней губы на МС области ЛДП в коре мозга мыши и отчетливая межполушарная асимметрия данных представительств. Однако оставалось невыясненным, чем обусловлены эти особенности - генетическими факторами или ходом постнатального онтогенеза.

В связи с этим было предпринято специальное исследование формирования двигательных представительств лицевой мускулатуры и конечностей в раннем ростнатальном онтогенезе у белой мыши с помощью метода микростимуляции.

В ходе исследования было выявлено, что у мышат в возрасте 3-9 суток в ответ на низко- и высокочастотную микростимуляцию можно получить ДО мышц нижней челюсти (иногда сопровождавшиеся вокализацией), брюшной стенки, передних и задних конечностей. Стимуляция одиночными импульсами была более эффективна в раннем возрасте (3-4-х суток), вызывая ответы конечностей и челюсти при пороговых токах 25-30 мкА. Однако уже в возрасте 5-8 суток при использовании высокочастотной ВКМС в отдельных случаях обнаруживались ДО при пороговых токах менее 20 мкА. Наличие ДО нижней челюсти и конечностей у 5 - 9-дневных мышат на высокочастотную ВКМС, которая более эффективна, чем стимуляция одиночными импульсами говорит о более ранней функциональной зрелости синаптических связей в неокортексе мыши по сравнению с крысятами [Ленков, ЖирноваД987, Голикова,1990]. В возрасте 10-11 суток значительно обогащается репертуар лицевых движений: в 11 дней зафиксированы первые ДО век и носа. ДО век отмечаются чрезвычайно редко. В 10-11-суточном возрасте регистрируются впервые в постнатальном онтогенезе ДО вибрисс, которые имеют преимущественно билатеральный характер. Об устойчивом преобладании ипсилатеральных ответов этих мышц можно говорить с 17 суток постнатального онтогенеза белой мыши - с этого возраста тенденция преобладания вибриссных и губных ДО ипсилатерального характера сохраняется и в последующем развитии. Наблюдавшиеся в

возрасте 11-16 дней преимущественно билатеральные ответы вибрисс и верхней губы, которые сохраняются и у взрослых животных, скорее всего, обусловлены генетически, а преобладание ипсилатеральных ответов лишь с 17 дня, по-видимому связанное с окончательным формированием кортикобульбарных проекций, видоспецифичных для белой мышЦ, возможно, сопряжено с большей зависимостью от факторов внешней среды.

К 20 суткам регистрируются почти все типы ДО, характерные для взрослой мыши: отмечены движения брюшной стенки, вибрисс, верхней губы, носа, века, нижней челюсти, передних и задних конечностей.

В ходе постнатального онтогенеза границы двигательных представительств (ДП) претерпевают существенные изменения. Так в возрасте 5-14 суток ДП челюсти и конечностей взаимно перекрываются, занимая почти всю область картирования. Дальнейшее изменение границ данных ДП сопровождается уменьшением их площади: в промежутке с 14 по 20 сутки наблюдается особенно заметное сокращение площади ДП челюсти в левом полушарии, а в возрасте 11-20 суток площадь представительств передних и задних конечностей уменьшается как в правом, так и в левом полушарии. С момента возникновения ДП вибрисс и верхней губы площадь его в левом полушарии была больше, чем в правом.

К 14 суткам складывается характерный для взрослой мыши рисунок межполушарной асимметрии. Данное событие предваряется несколькими фактами : во-первых, возрастанием ЛП нижней челюсти с максимумом на 10 день жизни; во-вторых, возникновением на 10- 11 день ДП вибрисс и верхней губы, сопровождающееся подъёмом пороговых токов нижней челюсти в левом полушарии; в-третьих, увеличением ЛП ответов вибрисс и верхней губы в промежутке 11-13 дней.

Нами проводилась также оценка динамики ЛП различных ДО в ходе постнатального онтогенеза. Было показано, что латентные периоды ДО нижней челюсти варьируют от 250 мс с 5 суток до 10 мс к 20 суткам постнатального развития. Аналогичные изменения ЛП отмечались и для ДО передних конеччостей. Полученные величины ЛП двигательных ответов мышц конечностей и нижней челюсти значительно превышают в данном возрасте аналогичные величины у взрослых животных, что свидетельствует, по-видимому, о низкой скорости проведения по ещё немиелинизированным волокнам. С 11

суток ЛП вибрисс и верхней губы варьируют в тех же пределах (от 230мс до 7-10 мс).

Таким образом, в раннем постнатальном онтогенезе белой мыши нами выделены следующие критические периоды :

1-10 дней - обнаружение первых ДО вибрисс и верхней губы,

2. 14дней - формирование межполушарной асимметрии лицевых ДП,

3. 16-17дней - изменение характера ДО конечностей (преобладание контралатеральных ДО) и вибрисс (преобладание ипсилатеральных ДО).

МОРФОЛОГИЧЕСКОЕ СОЗРЕВАНИЕ СЕНСОМОТОРНОГО НЕОКОРТЕКСА БЕЛОЙ МЫШИ В РАННЕМ ПОСТНАТАЛЬНОМ ОНТОГЕНЕЗЕ

Чтобы сопоставить каким образом функциональные изменения соотносятся с изменениями структуры коры, нами проведено специальное исследование особенностей морфологического созревания сенсорных и моторных зон неокортекса белой мыши, где изучалась динамика развития пирамидных и непирамидных нлеточных элементов, а также формирование упорядоченных структур.

В ходе изучения динамики развития пирамидных клеток было показано, что клетки 3-5 дневных животных помимо апикального дендрита имеют редкие и короткие базальные дендриты. Вторичные ветвления на апикальных дендритах обнаружены только у пирамид соматосенсорной коры. На шестые сутки в проксимальных участках базальных дендритов наблюдаются первые ветвления второго порядка. Это характерно и для апикальных дендритов пирамид моторной коры. До 10 - ти дней постнатального развития пирамидные клетки не претерпевают существенных изменений. В 10 дней пирамиды имеют гораздо более длинные базальные дендриты. В этом возрасте также наблюдаются различия между клетками сенсорных и моторных областей. Пирамиды сенсорной коры имеют более развитые дендритные отростки. На рис.3 и 4 представлен коллаж из клеток различных возрастов, отражающий динамику развития пирамид глубоких слоев в моторной (Рис.3) и сенсорной (Рис.4) коре.

10 дн

Рис.3. Динамика развития пирамид глубоких слоев моторной коры белой мыши в разные возрастные периоды.

/

ЗДН

10 ДН

19ДН

Рис.4. Динамика развития пирамид глубоких слоев сенсорной коры в разные возрастные периоды

Далее развитие пирамидных клеток продолжается в сторону увеличения дендритных ветвлений, и только к 19-20 дням пирамидные клетки напоминают таковые у взрослых животных.

Морфометрический анализ показал, что становление структуры нейронов носит скачкообразный характер, то есть значительное увеличение параметров клеток сменяется столь же значительным снижением уже на следующий день и некоторая стабилизация наступает только к 19-20 дню постнатального развития.

Таким образом, пирамидная клетка сенсорной и моторной коры приобретает очертания взрослой к 20 дням.

Непирамидные клеточные элементы обнаруживаются гораздо позже, чем пирамидные. Первые смешанные клетки выявляются лишь в 12 дней. В этом же возрасте выявляются первые веретена в звезды сенсорной коры. В моторной коре звездчатые клетки обнаруживаются несколько раньше - в 1,0 дней. Однако к 20 дням постнатального онтогенеза непирамидные элементы также в основном заканчивают свою дифференцировку.

Кроме того, в ходе исследования было обнаружено, что тенденция к образованию клеточных групп наблюдается у мышей уже в возрасте 5-ти дней. Это характерно как для сенсорных, так и для моторных областей коры. Среди различных видов клеточных объединений нами были обнаружены дуплеты и объединения более высокого порядка - ансамбли и гнездно-кольцевые структуры.

В данном случае ансамблем мы называем скопление нервных клеток в количестве 3-11, в отличие от литературных данных, где под ансамблем понимается совокупность клеточных колонок [Ленков ,1976].

Дуплеты впервые обнаруживаются в 5 дней только в верхних слоях двигательной коры. В возрасте 6-ти дней подобные структуры наблюдаются уже в верхних и средних слоях, как в моторной , так и в сенсорной коре, но еще достаточно редки . В более поздний период дуплеты встречаются и в глубоких слоях коры.

Количественная обработка ансамблей показала, что наиболее часто они выявляются на уровне средних слоев , как в сенсорной , так и в моторной коре. Диаметр ансамблей в моторной коре больше, чем в сенсорной . Резкое увеличение диаметра наблюдается в 16-17 дней в сенсорной и моторной коре, затем к 20 - ти дням величина диаметра опять снижается.

Помимо ансамблей выявляются кольцевые и гнездно-кольцевые структуры. Единичные кольца образованы гнездовидными клеточными скоплениями. Кольцевые структуры более характерны для моторной коры, тогда как в сенсорной это большая редкость. В центре кольца зачастую располагается единичная нервная клетка . Кольца могут включаться в более сложные гнездно-кольцевые структуры . Они выявляются только к 13-ти дням. Исходя из полученных данных, можно выделить периоды, во время которых происходят значительные изменения в данной области коры. Их можно назвать критическими.

1. Возраст- 5,6 дней. В этот период появляются базальные дендриты и первые ветвления второго порядка. Количественные исследования показали увеличение размеров клеточного тела и диаметра апикальных дендритов. В этом же возрасте появляются первые нейронные объединения.

2. Возраст - 12,13 дней. Это период резкого увеличения клеточного разнообразия за счет смешанных форм, звезд и веретен. Физиологическими методами нами показано, что в этот период идет снижение перекрывания границ некоторых двигательных представительств и временное повышение порогов . Так же к 13-ти дням выявляются сложные гнездно-кольцевые структуры. В этот период вероятно происходит становление систем, отвечающих за определенные двигательные ответы, то есть налаживаются связи между корковыми и подкорковыми составляющими данных систем.

Таким образом, проведенное исследование показало, что корковые представительства лицевой мускулатуры могли функционировать лишь к 10-12 дню постнатального развития. Однако наблюдения за мышатами в свободном поведении убеждали нас в возможности лицевых и вибриссных реакций в более ранние сроки, что говорило о существовании других более древних структур и путей, участвующих в регуляции лицевой мускулатуры. Анализ литературных данных показал, что такой структурой может быть верхнее двухолмие. ОРГАНИЗАЦИЯ ТЕКТОФАЦИАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ Организация двигательных представительств лицевой и соматической мускулатуры в ВД белой мыши

В ходе проведенного исследования было выявлено, что пробная МС верхних оптических слоев ВД не вызывала ни одного ДО. Однако, стимуляция нижележащих слоев вызывала самые разнообразные ДО лицевой мускулатуры ( в частности, вибрисс ,

кончика носа , верхней губы , века , ушной раковины ) , ДО мускулатуры передних и задних конечностей и ДО хвоста . Помимо указанных выше ДО на МС глубоких слоев ВД вызывались также двигательные реакции (ДР) брюшной мускулатуры . Низкопороговые ДО различных типов регулярно возникали как в левом, так и в правом холмах. Из каудальной части ВД , не прикрытой корой больших полушарий , в ответ на МС возникали , главным образом , ДО конечностей и хвоста , а при МС ростральной части холмов преобладающими были лицевые ДО . В пределах подавляющего большинства треков наблюдалась последовательная смена типа ДО. Послойное чередование типов ДО отмечено для вибрисс , верхней губы , кончика носа , глазных ДО и ДО обеих пар конечностей, что позволяет рассматривать этот принцип как общий для зон ДП в верхних бугорках четверохолмия белой мыши . По своему характеру вызванные ответы могли быть ипси - , контра - или билатеральными , за исключением ДО кончика носа и хвоста , которые не подчиняются такой градации . ДО всех трёх разновидностей выявлены для вибрисс , века и обеих пар конечностей , но преимущественными были ответы какого-то одного характера . Для вибрисс это контралатеральные , для века - билатеральные , для передних и задних конечностей соответственно ипси - и билатеральные ДО. Ответы верхней губы на МС холмов были либо контра - , либо ипсилатеральными , но количественно преобладали ДО первого типа . ДР ушной раковины были всегда контралатерального характера.

Ответы вибрисс и верхней губы вызывались сериями ритмических импульсов тока не ниже 5 импульсов, обычно 6-7 импульсов длительностью 0,4 мс. При снижении количества импульсов в серии до 3, стимуляция не вызывала ДО даже при значительном повышении пороговой интенсивности тока .

Проведённые исследования выявили сложный характер распределения ДП мышц лица и конечностей в ВД исследуемых животных. ДП разноимённых холмов асимметричны друг другу, что в равной мере относится ко всем полученным типам ДО . Латентные периоды ДО различных участков верхней губы и вибрисс на низкопороговую МС для правого верхнего холма варьировали в диапазоне от 10 до 26 мс (среднее 16,08 ±2,42 мс; п-199), для левых холмов- от 10 до 18 мс (среднее 14,93 ±1,83 мс; п=55). Полученные в ходе исследований ЛП для различных по типу ДО варьировали в пределах от 13 до 22 мс. При этом имеет место такое распределение :

диапазон изменений. ЛП движений передних и задних конечностей соответственно 15,9-22 мс (17,8 ±2,3;п=57) и 13-18 мс ( 15,2± 2,1;п=49), а ДО кончика хвоста - с ЛП от 13,1 до 17,5 мс (15,5±2,9; п=25).

ПолучЕнные в ходе наших исследований результаты позволяют рассматривать ВД как центр мозга , причастный к регуляции активности лицевой мускулатуры. Более того , проведённые нами эксперименты показали на имеющиеся различия в моторном контроле со стороны ВД и неокортекса, свидетельствующие о функциональном разделении между указанными структурами. Однако характер распределения ЛП двигательных реакций различных мышц в ответ на МС верхних холмов был очень сходен с ЛП корковых ответов, что говорило в пользу олигосинаптического характера тектофациальных влияний. Для подтверждения данной гипотезы требовались дополнительные исследования по выявлению структурной организации нисходящих тектофациальных путей. Организация тектофациальной системы: данные морфологии

В данном исследовании с помощью метода антероградной дегенерации нервных волокон изучался ход дегенерировавших волокон к подкорковым ядрам на различных уровнях головного мозга после хирургического разрушения небольшого участка ВД. Во всех случаях дегенерирующие волокна были обнаружены в красном ядре (Nuc.ruber), в ядре Кахаля (Nuc. ¡nterstitialis (Cajal)), в ядре Даркшевича (Nue. accessorius medialis (Darkschewitsch)), в мезенцефалическом ядре тройничного нерва (Nuc. tr. mesencephalici п. trigemini), в большом и бледном ядрах шва (Nuc. raphe magnus et pallidus), в центральной серой субстанции среднего мозга и моста (substantia grísea centralis mesencephali et pontis) , а также часть волокон направлялась к ядру лицевого нерва (Nuc. п. facialis) .

Среди выявленных структур нас особо заинтересовали две : ядра шва н мезенцефалическое ядро тройничного нерва, поскольку эти же структуры были выявлены нами при изучении кортикофациальных путей. Элезстрофоретическое введение примулина в эти ядра позволило выявить прямые связи данных структур с ВД (билатерально), ядрами Кахаля и Даркшевича (билатерально), а также с моторной и соматосенсорной корой (ипсилатерально).

В результате наших исследований выявлены эфферентные связи ВД с различными структурами головного мозга белой мыши, которые могут претендовать на роль промежуточных звеньев, принимающих

непосредственное участие в тектофациальных влияниях. Прежде всего это относится к ядрам шва, которые, по-видимому, являются одним из центральных образований, связывающих все выше описанные структуры с ЯЛН воедино. Особый интерес представляют выявленные нами прямые моносинаптические связи ВД с ЯЛН у белой мыши.

Полученные нами данные подтверждают выдвинутое ранее предположение о существовании моно- и олигосинаптических тектофациальных связях. Выявление эфферентов ВД в передаче большинства олигосинаптических текто-фациальных влияний позволило нам составить схему основных отделов головного мозга и путей, участвующих в регуляции активности лицевой мускулатуры (рис.5).

7 G

Рисунок 5. Общая схема возможных путей текто-фациальной системы у белой мыши: 1-Со№сиТиз anterior; 2-Nuc.Darkscbewitsch et Cajal; 3-Nuc.ruber; 4- Nuc.mesencephalicl n.trfgemini; 5-Nuc.raphe obscurus; 6-Nuc.raphe magnus; 7-Nuc.raphe pallidus; 8-Nuc.n.facialis

КОРТИКО-ТЕКТАЛЬНЫЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ

Для выяснения роли двух систем регуляции и степени их взаимодействия нами проведена специальная серия экспериментов, где изучались ДО вибрисс, конечностей и хвоста у мышей на микростимуляцию в ВД при работающем и отключенном (с помощью метода распространяющейся депрессии) неокортексе.

У всех исследованных животных микроэлектрод погружали как в левый, так и в правый верхний холм, меняя последовательность в случайном порядке. Область коры всегда вскрывалась в левом полушарии ростральнее брегмального шва. Таким образом, депрессии подвергалось лишь левое полушарие большого мозга. Латентные периоды ДО вибрисс на низкопороговую МС (не более 50 мкА) в правом и левом холмах у интактных мышей варьировали в диапазоне 8-26 мс и 10-22 мс соответственно (ПХ: ср. 18±0,46 мс; п=58, ЛХ: ср. 17± 0,52 мс,п=48).

После отключения коры больших полушарий интервал распределения ЛП ДО вибрисс для правого и левого холмов существенно не изменился и соответственно составил 8-26 мс и 8-24 мс (ПХ: ср. 15±0,47, п=63; ЛХ:ср. 15±0,59 мс,п=44). Часть максимальных модальных интервалов осталась прежней, но появились и новые в более коротколатентной области (ПХ:8-11 мс; ЛХ: 10-12 мс).

Отчетливо выраженное появление новых модальностей распределения ЛП указывает на существование по крайней мере двух систем передачи тектофациальных влияний на мышцы, осуществляющие движения вибрисс. Здесь, возможно, речь идет об активации пути тектофациальных влияний с меньшим количеством синаптических переключений.

При получении ДО передних конечностей в ответ на микростимуляцию в правом и левом ВХ интервал распределения ЛП соответственно составил 10-26 мс и 10-28 мс (ПХ: ср. 20± 1,23 мс,п=10; ЛХ: ср. 18±0,77 мс, п=26).После отключения влияний неокортекса весь интервал распределения ЛП как в правом так и в левом холмах сместился в коротколатентную область. Для правого холма он составил 8-26 мс ( ср. 15±0,47 мс ',п=63), для левого - 7-25 мс (ср. 14±0,94 мс, п=30).

Латентные периоды ДО задних конечностей распределились соответственно в интервалах 11-26 мс (ср. 18±0,4 мс,п=39) при

микростимуляции в правом холме и 14-26 мс (ср. 19±0,62 мс, п=29) при микростимуляции в левом холме.

Во время депрессии коры больших полушарий интервалы распределения ЛП в ответ на микростимуляцию в ВД как и в предыдущих случаях сместились в область с более короткими латентными периодами. Для правого холма интервал распределения ЛП составил 5-26 мс (ср. 15±0,75 мс, п=28), для левого - 6-26 мс (ср. 14±0,75 мс, п=30). Исчезли длиннолатентные максимальные модальности, что имело место и в вышеописанных ДО вибрисс передних конечностей, где количество длиннолатентных ответов заметно снижалось. Эти факты говорят о том, что наряду с активацией олигосинаптических тектофациальных путей при отключении влияний коры больших полушарий происходит одновременное торможение тектофациальных путей с большим количеством синаптических переключений.

Распределение ЛП двигательных реакций хвоста подтверждает это предположение. При работающей коре интервал распределения ЛП при микростимуляции в правом и левом ВХ соответственно составили 10-28 мс (ср. 18±0,6 мс,п=42) и 10-26 мс (ср. 18±0,56 мс, п=49).

После отключения коры больших полушарий при микростимуляции в обоих холмах доля коротколатентных ответов возрастает, а длиннолатентных снижается. Хотя интервалы распределения ЛП остаются почти теми же (ПХ: 10-28 мс, ср. 14± 0,86 мс,п=36; ЛХ: 8-26 мс, ср. 15±0,81 мс,п=31), появляются новые максимальные модальности в области с более короткими латентными периодами (ПХ: 10-13 мс; ЛХ: 10-12 мс).

При МС различных зон ВХ у белой мыши после отключения влияний коры больших полушарий был отмечен ряд случаев смены одних ДО другими. Причем в десяти случаях ДО вибрисс сменяли ДО конечностей и в двух случаях наблюдали обратную картину. Такие случаи, с одной стороны, можно объяснить торможением нейронов соответствующих двигательных представительств в результате многократной стимуляции, пороги при этом возрастали, а увеличение силы тока МС приводило к его затеканию на двигательные представительства других мышц. С другой стороны, повышение порогов ДО после депрессии неокортекса характерно для всех мышц, но в разной степени, в зависимости от их физиологической важности. Пороги ДО вибрисс, например, возрастали в меньшей степени. Отсюда, увеличение силы тока быстрее вызывало ДО вибрисс.

Таким образом, наши физиологические результаты, согласуясь с данными морфологии, говорят о наличии сложных взаимодействий коры больших полушарий и верхних холмов на одном из уровней общего конечного пути влияний этих структур на соматическую и лицевую мускулатуру. Неокортекс сдерживает прямые, либо олигосинагггические тектофациальные и тектоспинальные влияния, которые при его отключении выходят на первый план.

Отсюда можно сделать вывод о преимущественно тормозном или модулирующем влиянии коры больших полушарий на нижележащее В Д.

ЭВОЛЮЦИЯ ЦЕНТРАЛЬНЫХ СИСТЕМ ФАЦИАЛЬНОГО КОНТРОЛЯ У ГРЫЗУНОВ

Полученные нами результаты, а также анализ данных литературы позволяют выделить две основные системы контроля над лицевыми мышцами у белой мыши: филогенетически более древнюю систему - тектофациальную и филогенетически молодую кортикофациальную. Весьма логично было бы предположить, что данные системы развивались как коллатеральные ответвления тектоспинажьного, как части экстрапирамидного пути, и кортикоспинального или пирамидного трактов. Последний получил наибольшее развитие именно у млекопитающих и дал этой таксономической группе небывалые преимущества в плане приобретения абсолютно новых репертуаров движений. Однако морфофункциональная организация этих систем, в частности отсутствие структур стриопаллидарного уровня в регуляции активности фациальных мышц, а также наличие корковых представительств этих мышц в премоторных ( фронтальных ) зонах неокортекса, а не в «классической» моторной зоне М1, дает нам право предположить, что эволюция центральных путей, управляющих фациальными мышцами, могла идти по своей схеме.

Попробуем восстановить возможный исторический путь становления данных систем. Впервые лицевые мышцы появляются у териоморфных рептилий [Татаринов,1976], и по-видимому, основной их задачей являлось обслуживание вибриссного аппарата. Именно развитие и усложнение данного аппарата должно было привести к формированию собственно лицевой мускулатуры. Вибриссы териоморфных рептилий можно рассматривать как эволюционный возврат к контактной рецепции, которая широко представлена у беспозвоночных, позволившая головному концу стать главным,

первым сталкивающимся как с добычей, так и с опасностью [Бернштейн, 1990,1991]. Исходя из специфики рептилепадобного двигательного репертуара, в частности чередование движений с застыванием тела в виде статуи, можно предположить, что вибриссы применялись вначале как пассивный аппарат, сигнализирующий о непосредственном контакте с элементами окружающей среды во время перемещения животного или о каком-либо внешнем воздействии (дуновение ветра и т.п.) во время неподвижности. На данном этапе развития это вполне обеспечивало сенсорные запросы центральных систем данных животных. Понятно, что особи .имеющие, по каким-либо причинам, большее количество сенсорных волосков (вибрисс), были в более выигрышном положении, так как это увеличивало вероятность сбора сенсорной информации. Постепенное увеличение количества вибрисс шло, по-видимому, в дорсо-вентральном направлении, о чем косвенно можно судить по наблюдениям за развитием вибрисс у 10-11 -дневных эмбрионов мыши. Так было показано, что в период, предшествующий образованию первых фолликулярных зачатков, имеется очень мало или не имеется совсем нервных окончаний в местах предположительного их возникновения. В то же время нервные стволы и их ветви были найдены более дорсально, там, где усы вибрисс не будут формироваться. Таким образом корреляция между иннервацией и местами появления фолликулов была утрачена в ходе эволюции [Wrenn , Wesseäs,1984]. Дальнейшее увеличение количества вибрисс должно было на определенном этапе привести к формированию некоторого порядка в плане расположения вибрисс, а также и нейронов, обрабатывающих сенсорную информацию от вибрисс. Вероятно, дошедший до наших дней принцип организации нейронов в Гассеровом (полулунном) ганглии у грызунов: один нейрон - одна максиллярная вибрисса [Andres, 1966; Verley, Onnen, 1981], как нельзя лучше оггражает начальный этап эволюционного усложнения в регуляции вибриссного аппарата.

Однако, с появлением пирамидной системы у примитивных млекопитающих, привнесшей «конечностный» тип управления движениями, в отличие от «туловищного», характерного для рептилий, пассивность вибриссного аппарата уже являлась тормозом в дальнейшем развитии. Появляется насущная потребность в активации вибриссного аппарата, так как появление новых сложных двигательных форм (локомоции и т.д.) привело к тому, что движения

стали волей-неволей опираться на рецепторику, в то время как у древнейших форм, наоборот, рецепции вытекали из движения [Бернштейн,1991]. Активное ощупывание и обнюхивание должно было существенно усилить сенсорное восприятие и соответственно привести к усложнению центральных систем, обрабатывающих новые параметры тактильных стимулов. Так у современных грызунов (крыса) уже на уровне Гассерова ганглия выделяют пять функциональных классов нейронов, кодирующих разные характеристики тактильных стимулов: исходное положение максиллярной вибриссы и направление отклонения, начало, длительность и окончание отклонения ( быстро- и медленноадаптирующиеся нейроны), амплитуду, частоту вибрации и пространственную локализацию тактильных стимулов [Ленков ,Голикова,1988)] Такое увеличение характеристик тактильных стимулов, по-видимому, привело к образованию морфофункциональных объединений нейронов баррелоидного типа, обрабатывающих сенсорную информацию от одной вибриссы. Такие баррелоиды имеют четкую соматотопическую организацию как на уровне таламических ядер, так и на уровне неокортекса в зоне SI, где выделяется специфическая вибриссная зона, так называемое постеромедиальное бочонковое субполе (PMBSF)[Izraeli,Porter, 1995; Schaggar , O'Leary ,1994]. Развитие сенсорного компонента вибриссолокации не могло не отразиться и на усложнении его двигательного компонента. Первые грубые (фокальные) движения вибрисс должны были привести к развитию поверхностных мышц вибриссной подушки- носогубной или щечно-губной, из которых выделяют главную наружную мышцу- подниматель верхней губы (m.levator labü sup.), обеспечивающую вискинговый компонент обнюхивания [Welker,64], а затем и к развитию внутренних мышц, обеспечивающих более дифференцированную тактильную локацию с помощью «пальцевидных» сложных движений вибрисс.

Как отмечал Н.А.Бернштейн любой новый вид сенсорных коррекций, созвучный новым насущным задачам, требовал и соответствующего ему нового мозгового оснащения. Соответственно и формирование мозга шло не в порядке непрерывного разрастания, а происходило отдельными скачками, приводящими к появлению новых двигательных систем, нового мозгового этажа [Бернштейн,1990]. Такая многоэтажность в обработке сенсорной информации от органов чувств говорит о большом качественном усовершенствовании, в то время как образование многоэтажной системы подчинения в двигательных

системах способствовало огромному качественному росту

двигательных возможностей. Однако многоэтажность двигательных систем существенно замедляла и усложняла контроль за деятельностью удаленных от мозга мышц. Как известно эта проблема была решена у млекопитающих с появлением прямого собственного двигательного нервного пути коры, получившего название пирамидного. Помимо образования прямых кортикоспинальных связей, новый корковый уровень построения движений отличается от более древних систем наличием контралатерального характера в управлении мышцами, а также неравноценностью правой и левой сторон тела, то есть возникновением функциональной асимметрии.

Таким образом комплекс всех этих качеств, а именно наличие прямых связей, принцип контралатеральности в управлении и функциональную асимметрию, можно считать критериями филогенетической молодости систем, в то время как для древних систем таковыми критериями являются: многоэтажность, би- или ипсилатеральный характер в управлении мышечной активностью и функциональная эквипотенциальность. Пользуясь данными критериями, рассмотрим выявленную нами организацию кортико- и текто- фациальных систем.

Нетрудно заметить , что эти системы отличаются структурно лишь верхними этажами, в то время как нижние этажи используются двумя системами в равной степени. Однако отмечается и ряд отличий. Характеризуя более древнюю тектофациальную систему через призму вышеперечисленных критериев, мы сталкиваемся с весьма неожиданным результатом. Во-первых, нами были обнаружены прямые тектофациальные связи. Во-вторых, микростимуляция глубоких слоев верхнего двухолмия вызывала преимущественно контралатеральные ДО верхней губы и вибрисс. В-третьих, в организации двигательных представительств лицевых мышц в ВД выявлена пространственная асимметрия. Таким образом, по всем критериям тектофациальную систему нужно бы отнести к филогенетически молодой системе?! А как же выглядит при этом кортикофациальная система? Прямых связей фронтального неокортекса с ядром лицевого нерва мы не обнаружили. Кроме того отмечено явное преобладание ипсилатеральных ДО лицевых мышц в ответ на микростимуляцию моторного неокортекса. Все это признаки филогенетической древности. Однако корковое представительство лицевой мускулатуры имеет и черты филогенетической молодости, а

именно - явно выраженную межполушарную асимметрию, несравненно более яркую, чем мы наблюдаем в верхнем двухолмии. Кроме того, обращает на себя внимание возможность вызова тонкодифференцированных ДО вибрисс, вплоть до ДО отдельной вибриссы, на микростимуляцию фронтального неокортекса, в то время как при микростимуляции верхнего двухолмия таких ответов не удавалось получить никогда, а наблюдались исключительно групповые ДО вибрисс или совместно с верхней губой. Все это безусловно говорит о более совершенном корковом контроле по сравнению с тектальним.

Возможно, что мы являемся свидетелями пока еще не полной, частичной передачи ряда функций от древней- тектофациальной системы более молодой - кортикофациальной у данного вида-млекопитающих, при условии, что сам процесс передачи начинается с повторения древней схемы организации нервных путей, а заканчивается данный процесс формированием нервных связей по филогенетически новому плану с учетом вышеперечисленных критериев. Однако не исключено, что данные критерии могут отражать не столько эволюционную молодость или древность, сколько определенную завершенность в процессе делегирования функций от нижележащих этажей системы вновь образовавшейся надстройке.

Факт того, что созревание центральных систем у современных представителей млекопитающих в какой-то степени проходит через повторение основных эволюционных этапов данной системы, хорошо прослеживается на примере формирования кортикоспинальных и кортикобульбарных связей в ходе пре- и постнатального онтогенеза. Речь идет о наличии временных или транзиторных кортикоспинальных проекций в спинной мозг. Большинство данных было получено в опытах на крысах, сходные данные получены на хомячках и хорьках. Исключением оказались кошки, у которых не удалось обнаружить временных кортикоспинальных проекций, однако имеются сведения, что они исчезают еще в пренатальном периоде развития. Это свидетельствует о том, что формирование временных избыточных эфферентных проекций неокортекса является стратегией его развития [Максимова, 1990]. Интересно отметить, что элиминация транзиторных волокон пирамидного тракта наблюдается на 10-12 день постнатального развития, в это же время отмечается и бурный рост «постоянных» волокон.

Нанесение метки ПХ или люминесцентного красителя [5сЬгеуег,е.а.,1988] в шейные или грудные сегменты спинного мозга выявило окрашенные нейроны не только в сенсомоторной зоне коры, но практически по всей коре контралатерального полушария и, в том числе в затылочных зонах. Кроме того, было продемонстрировано, что наибольшее количество аксонов кортикоспинального траТсга, идущих от пирамидных нейронов немоторных зон коры, имеется у крыс в течение первых 10 дней после рождения. При нанесении метки в последующие дни процент меченых пирамидных нейронов в этих зонах коры сокращается, а с 14-го дня после рождения такие нейроны обнаруживаются исключительно в ростральных отделах коры. В последующие периоды постнатального онтогенеза зона коры, нейроны которой посылают аксоны в кортикоспинальный тракт, продолжает сужаться [Максимова, 1990; БсЬгеуег.е.а., 1988].По-видимому, такой характер формирования кортикофугальных связей хорошо объясняет динамику формирования двигательных представительств лицевой и соматической мускулатуры, обнаруженную нами в опытах на мышатах в раннем постнатальном онтогенезе. Имеется ввиду закономерное сужение зон представительств как соматических, так и лицевых мышц в неокортексе с увеличением возраста животных.

Наиболее интересным, из обнаруженных нами фактов, является доминирующий ипсилатеральный характер в корковом управлении лицевыми мышцами, хотя еще в опытах с использованием антероградного аксонного транспорта [1ооз1еп et.al.19S7] было установлено, что кортикоспинальные аксоны с самого начала формируют только контралатеральные проекции. Однако, если предположить, что кортикофациальные проекции не являются аксонными коллатералями пирамидных нейронов, формирующих кортикоспинальные связи, а в их формировании принимает участие другой класс пирамидных нейронов, локализованных в тех же зонах коры, то преобладание ипсилатеральных связей скорее подтверждает общее правило организации нисходящих путей, а не является исключением из правил. Так как хорошо известно, что, например, кортикорубральные, кортикоколликулярные или кортикокаудатные проекции формируются в норме только как ипсилатеральные. Так или иначе, если данное предположение верно и кортикоспинальные и кортикофациальные пути формируются из разных источников, то и логика их развития может быть разной. Хотя данный вопрос требует дальнейшего изучения.

Каковы же . взаимоотношения между двумя системами фациального управления? Судя по тем прогрессивным признакам, обнаруженным нами у тектофациальной системы, мы можем заключить, что она может обеспечить на достаточно высоком уровне практически весь двигательный репертуар, необходимый данным животным. Что же нового мог привнести кортикальный уровень регуляции? Результаты нашей последней серии экспериментов с отключением коры, выявили смещение латентных периодов ДО лицевых мышц в сторону коротколатентности, что может говорить о тормозном характере влияний неокортекса на тектофациальную систему. Однако данные влияния являются опосредованными, так как прямых связей из моторного неокортекса к глубоким слоям ВД мыши не обнаружено. По-видимому, существует несколько вариантов кортико-тектальных взаимодействий, в зависимости от типа фациальных движений. Один из таких вариантов - это воздействие через соматосенсорную кору, в частности через «вибриссную» зону (РМВ8Р). О наличии связей моторной коры с РМВБР сообщалось рядом авторов, в свою очередь эта зона обладает двусторонними связями с глубокими слоями ВД мыши [НоЬшапп ег.а1.,1991]. Очевидно этот путь может быть задействован для координации движений вибрисс и верхней губы. Для согласования работы глазодвигательных мышц и век может быть задействован путь с выходом на ядра Даркшевича и Кахаля. С этими ядрами имеются обоюдные связи как у ВД так и моторной коры. И наконец, третий вариант - взаимовлияния через мезэнцефальное тройничное ядро, с целью координации челюстных и фациальных движений.

Выявленные нами отличия в организации верхних этажей двух систем регуляции фациальными мышцами, могут говорить об относительной автономности этих систем. Однако глубокое проникновение взаимовлияний, если не их слияние на нижних уровнях организации, убеждают нас в том, что функционирование данных систем является примером тесного сотрудничества с четким распределением функций у каждого уровня. Судя по всему кортикальный уровень регуляции вряд ли вмешивается в обыденные и рутинные моменты жизнедеятельности грызунов и проявляется только в случаях особой необходимости: коммуникативная деятельность, явления эмоционального резонанса, то есть те формы поведения, которые посильны только корковому уровню организации. Некоторым подтверждением этого является факт возможности вызова

двигательных реакций некоторых лицевых мышц при микростимуляции коры совместно с вокализацией, что не отмечалось при стимуляции глубоких слоев ВД мыши.

Таким образом выявленная нами специфика в организации двух систем регуляции фациальных мышц, а также особенности их взаимодействия, у представителей примитивных млекопитающих, может служить отправной точкой для определения эволюционной направленности у различных представителей класса млекопитающих, так как усложнение или редукция некоторых звеньев данных систем может являться хорошим индикатором иерархического положения тех или иных таксономических групп на эволюционной лестнице, поскольку известна тесная связь уровня развития лицевых мышц ( соответственно и центральных систем их регуляции) с уровнем эволюционного развития. ВЫВОДЫ.

1. Подтверждено предположение о существовании двух основных систем моторного управления работой лицевых мышц: кортико- и тектофациальной, для которых характерна иерархичность, но с сохранением относительной самостоятельности.

2. Для коркового уровня управления лицевыми мышцами как у взрослых так и развивающихся животных характерен принцип ипсилатеральности, в отличие от контралатерального принципа управления дистальными мышцами конечностей.

3. Получены данные о сроках и критических периодах становления корково- и тектофациальных систем моторного контроля в процессе раннего постнатального онтогенеза. В формировании корковых двигательтных представительств различных мышц наблюдается четкая гетерохрония. Критическим для формирования представительства нижней челюсти и конечностей является 5-8 дней постнатального развития, а двигательное представительство вибрисс и верхней губы обнаруживается у мышат в возрасте 10-11 суток. Межполушарная асимметрия моторных представительств обнаруживается начиная с 14 дня постнатального развития: в левом полушарии доминирует представительство верхней губы, в правом-представительство челюсти с возможностью более разнообразного репертуара вызываемых движений, по сравнению с левым полушарием. Окончательный характер двигательных ответов устанавливается к 16-17 дню постнатального развития

4. Верхнее двухолмие белой мыши имеет сложную пространственно-мозаичную организацию -различных двигательных представительств, для которых характерен, в целом, соматотюпический принцип организации.

5. Показан: тормозный и/или модулирующий характер влияний неокортекса на тектофациальную систему, на что указывает снижение латентных периодов двигательных ответов лицевых мышц после отключения коры на фоне отсутствия прямых кортико-текгальных связей.

6. Показана общность организации кортико- и тектофациальной систем на среднем и низшем звеньях управления лицевой мускулатурой. Показано, что как корковый так и тектальный контрол» активности лицевой мускулатуры осуществляется несколькими олигосинаптическими путями с переключениями в ядрах шва, мезенцефалическом тройничном ядре, ядрах Даркшевича и Кахаля и ядре лицевого нерва.

Списак основных работ по теме диссертации.

1. Двигательные ответы лицевых мышц на локальную стимуляцию моторной коры и ядра лицевого нерва у белой мыши //Ж.ВНД.-1988.-Т.38,№1.-С. 135-139.

2. Организация двигательного представительства лицевой мускулатуры в неокортексе различных отрядов млекопитающих (соавт. Ленков Д.Н.)//Успехи физиол.наук.-1988.-Т.19,№2.-0.27-49.

3. Новые представления об организации и реорганизации двигательной коры мозга и кортикомоторной системы, (соавт. Ленков Д.Н., Голикова Т.В., Вольнова А.Б.,Верещак Н.И.)//Тез.ХУ съезда Всесоюзного физиол. общ-ва.-Кишинев, 1987.-С.254-255.

4. Cortical and bulbar links of system controlling face movements in white mouse (Lenkov D.N.)//J.Neuroscience.-1987,Suppl.V.22.-2481P.

5. Лицевые двигательные ответы на микростимуляцию верхних холмов у белой мыши (соавт. Ленков Д.Н.)//Журн.эвол.биохим. и физиол.-1989.-Т.25,№ 1 .-С.81 -87.

6. Тройничное моторное ядро мыши: эффекты микростимуляции и источники афферентных проекций (соавт. Жарская В.Д., Ленков Д.Н.)//Нейрофизиология,-1989.-Т.21 ,№3 .-С.423-425.

7. The control of face movements by the superior colliculus in the white mouse// 6 international symp."Motor control",Albena.-1989.-P.l71.

8. Унилатеральные и билатеральные движения, запускаемые из верхних холмов у крысы и мыши (соавт. Ленков Д.Н., Дмитриева Т.Ю.) //Тез.Всесоюзного симп. «Регуляция сенсомоторных функций».-Винница, 1989.-С.90.

9. Участие стволовых и корковых механизмов в управлении пищевой и исследовательской активностью у белой мыши// Вестник ЛГУ.-1990.-сер.3,вып. 1(№3).-С.66-69.

10.Кортикальная и тектальная системы моторного контроля// Тез.Н съезда физиологов Уральского региона.-Свердловск,1990.-СЛ08-109.

11. Особенности кортикальной и тектальной систем моторного контроля (соавт. Ленков Д.Н., Вольнова А.Б., Голикова Т.В., Дмитриева Т.Ю.)//Тез. X Всесоюзного сов. по эвол.физиологии,-Ленинград, 1990.-С.193.

12.Функциональное картирование верхнего двухолмия у белой мыши// Тез.1 совещания по картированию мозга.-Москва, 1991 .-С.94-95.

13.Функциональная организация верхнего двухолмия у белой мыши// Тез.Х междунар. конфер. по нейрокибернетике.-Ростов-на-Дону, 1992.-С.34-35.

14.Новые представления о функциональной организации верхнего двухолмия (соавт. Емельянова В.В.)//Успехи физиол.наук.-1994,-Т.25,№4.-С.29-30.

15.Postnatal development of cortico-motor control of the facial muscles and vibrissae in the white mouse (Hudyakova N.A.,Razzhivina T.N.)// Sat.symposium of the Annual Meeting of the Society for Neuroscience.Barrels YIIL-San Diego,California, 1995,Abstr.

16.Постнатальное созревание двигательных представительств лицевой мускулатуры и конечностей у белой мыши (соавт. Худякова Н.А., Разживина Т.Н.)//Тез. I Междунар.совещания по эвол.физиологии.-С.-Петербург, 1996.-С. 195-196.

17.Postnatal development of the motor representation of the face muscles (Hudyakova N.A.)//Sat.Meeting ISDN "Basic and clinical aspects of neural deve!opment".-St.Petersburg, 1996.-P. 19.

18.Функциональное картирование моторной коры" белой мыши методом микростимуляции (соавт. Ленков Д.Н.)//Физиал.журн. им.И.М.Сеченова,-1996.-Т.82,№7.-С.28-35.

19.Форм^ование двигательных представительств лицевой мускулатуры и конечностей в раннем постнатальном онтогенезе у белой мыши (соавт. Худякова H.A.)// Журн.эвол.биохим. и физиол.-1996.-Т.32,№4.-С.409-415.

20.Формирование коркового контроля двигательного поведения в раннем постнатальном онтогенезе белой мыши (соавт. Худякова Н.А.)//Гез.З-й Российской университетско-Академической научно-практической конференции.-Ижевск, 1997.-С.97-98.

21.Функциональное созревание моторного неокортекса белой мыши в раннем: постнатальном онтогенезе (соавт. Худякова H.A.)// Журн.эвол.биохим. и физиол.-1998.-Т.34,№6.-С.661-669.

22.Морфофункциональная организация систем управления лицевой мускулатурой у белой мыши (соавт. Худякова H.A., Есаков С.А., Разживина Т.Н., Мокрушина Е.А.)//Тез.ХУП съезда Всерос. Физиол. общ-ваим.И.П.Павлова.-Ростов-на-Дону,1998.-С.71.

23.Functional mapping of the motor cortex of the white mouse by a microstimulation method(Lenkov D.N.)//Neurosci. Behav. Physiol.-1998.-V.28,№ 1 .-P.80-85.

24.Функциональная роль ядер шва у белой мыши (соавт.Мокрушина Е.А.)//Тез. 4-й Российской университетско-Академической научно-практической конференции.-Ижевск, 1999,Часть 2.-С.107-108.

25.Формирование двигательных представительств в неокортексе развивающихся белых мышей при одно- и двусторонней девибриссации (соавт. Худякова Н.А.)//Тез. 4-й Российской университетско-Академической научно-практической конференции. -Ижевсж, 1999,Часть 2.-С.114-115.

26.Структурная организация текто-фациальной системы у белой мыши (соавт.Мокрушина Е.А.)//Российские морфолог, ведомости.-1999.-№1-2.-СЛ02.

27.Нейронные объединения в сенсомоторной коре в раннем постнатальном онтогенезе (соавт. Разживина Т.Н.)//Российские морфолвг. ведомости.-1999.-№ 1 -2.-С. 124.

28.Особенности организации текто-фациальной системы у белой мыши (соавт.Мокрушина Е.А.)//Тез.Всерос.научной конф. с междунар. участием, поев. 150-летию со дня рождения акад.И.П.Павлова.-С-т.Петербург, 1999.-С.226-227.

29.Морфофункциональные аспекты созревания моторного неокортекса в раннем постнатальном онтогенезе у белой мыши (соавт.Разживина Т.Н., Худякова Н.А.)//Тез.Всерос.научной конф. с междунар.

участием, поев. 150-летию со дня рождения акад.И.П.Павлова.-С-т.Петербург, 1999.-С.265.

30.Динамика вибриссозависимого поведения в раннем постнатальном онтогенезе у белой мыши (соавт.Худякова H.A.)// Тез. XXX Всерос.совещания по проблемам высшей нервной деятельности.- С-т.Петербург,2000.-С.244.