Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Нейрофизиологические закономерности взаимоотношений процессов краткосрочной и долгосрочной памяти у приматов

ВАК РФ 03.00.13, Физиология

Автореферат диссертации по теме "Нейрофизиологические закономерности взаимоотношений процессов краткосрочной и долгосрочной памяти у приматов"

АКАДЕМИЯ НАУК СССР 3

ИНСТИТУТ ВЫСШЕЙ НЕРВНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ /

И НЕЙРОФИЗИОЛОГИИ

На правах рукописи

МОИСЕЕВА Лидия Алексеевна

УДК 612.821.6+612.822.3

НЕЙРОФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ВЗАИМООТНОШЕНИЙ ПРОЦЕССОВ КРАТКОСРОЧНОЙ И ДОЛГОСРОЧНОЙ ПАМЯТИ У ПРИМАТОВ

03.00.13 — Физиология человека и животных

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук

Мсехза— 1989

Работа выполнена в лаборатории физиологии поведения приматов Института физиологии им. И. П. Павлова АН СССР.

Официальные ашгоненш:

Академик АМН СССР, доктор медицинских наук О. С. Адрианов доктор медицинских наук, профессор Н. Н. Василевский доктор медицинских наук, профессор В. П. Подачин

Ведущее учреждение —Институт физиологии им. И. С. Бе-риташвили АН ГрССР.

Защита диссертации состоится « » 1989 г.

в часов на заседании Специализированного ученого совета (Д 003.10.01) по защите докторских диссертаций при Институте высшей нервной деятельности и нейрофизиологии АН СССР (117865, Москва, ул. Бутлерова, 5А).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института высшей нервной деятельности и нейрофизиологии АН СССР.

Автореферат разослан « » 1989 г.

Ученый секретарь Специализированного совета доктор медицинских наук В. Н. Семагин

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы. Решение проблемы физиологических механизмов памяти направлено на познание основных принципов деятельность мозга. Именно в этом и состоит актуальность и теоретическая значимость данной проблемы, неоценимый вклад в разработку которой внесли отечественные ученые И. М. Сеченов, И. П. Павлов, А. А. Ухтомский и др. Поэтому на современном этапе изучения нейрофизиологических принципов работы головного мозга, проблема физиологических механизмов памяти выступает как основная задача многочисленных теоретических и экспериментальных исследований (Копорский, 1970; Бехтерева, 1971, 1980; Ливанов, 1972, 1979; Адрианов, 1973, 1987; Бериташвили, 1974; Кругликов, 1978, 1988; Хананашвили, 1978, 1983; Воронин, 1979; Коган, 19т9; Ониани, 1980; Суворов, 1980; Фир-сов, 1982; Батуев, 1984, 1986; Василевский, {986; Симонов, 1987; Вартанян, Пирогов, 1988 и др.).

Большинство современных гипотез исходят из системной организации памяти, которая опирается на динамическую констелляцию жестких и гибких элементов. А. А. Ухтомский подчеркивал, что основным фактором участия в этой констелляции является способность подчинить свой ритм работы единому синхронному ритму всех участников. Это положение наиболее убедительно было продемонстрированно работами М. Н. Ливанова и его школы, а их методы стали одним из широко распространенных подходов для оценки структурно-функииональных свойств таких нейродинамичес-ких констелляций.

Теоретическое обобщение огромного фактического материала привело к возникновению представлений о наличии кратковременных и долговременных следовых процессов, обеспечивающих существование двух видов памяти — краткосрочной и долгосрочной (Конорский, 1970; Me Gaugh, 1970: Tulving, 1970; Бериташвили, 1974). Широкий диапазон готовых функциональных элементов, навыков, которые являются жесткими, стабильными, т. е. приобретшими автоматизированный характер, создают фундамент долговременной памяти для формирования стабильных поведенческих программ. Последнее может иметь место при мало из-

меняющейся окружающей ситуации, которая в данный момент обнаруживает свои жесткие связи. Изменяющаяся структура среды определяет степень соответствия тех или иных функциональных блоков, извлекаемых из долгосрочной памяти на основе доминирующей мотивации, которые образуют новую нейродинамическую систему — программу. Эта программа удерживается в кратковременной памяти до момента реализации. Тем не менее, ученые не пришли к общему мнению относительно единства природы различных форм памяти.

Еще одна трудность возникает в связи с тем, что внимание исследователей сосредоточено на изучении отдельных механизмов различных видов памяти (в частности, краткосрочной, долгосрочной), а не их взаимодействия. Проблема взаимоотношений отдельных видов памяти находится на начальном этапе разработки (Miskin, Appenzeller, 1987). Именно анализ соотношений различных форм следовых процессов, эквивалентных жизненным ситуациям, имеет первостепенное значение для углубления знаний об общих механизмах памяти и деятельности мозга в целом. Поиск закономерностей организации нейрофизиологических механизмов различных видов памяти привел к необходимости исследования кракосрочных и долгосрочных следовых процессов, взаимосвязанно участвующих в протекании мнести-ческой функции.

Общепризнаными моделями для изучения памяти считаются условный рефлекс на время и отсроченная реакция, в составе которых имеются как жесткие элементы условнореф-лекторного типа, так и весьма пластичные. Если первые адресуются к долговременной памяти, то вторые — к кратковременной. Поэтому, на данном этапе разработки проблемы наиболее актуальными и доступными для исследования вопросами являются определение на системном уровне морфо-функциональной организации процессов краткосрочной и долгосрочной памяти, выявление характера их динамического взаимодействия между собой, нахождение общего и различного. Наиболее полная расшифровка механизмов памяти возможна лишь на основе комплексного интегративного подхода: электрофизиологического, фармакологического, поведенческого, эволюционного и др. Необходимость изучения физиологических механизмов взаимодействующих форм памяти ставят практические запросы педагогики, клиники, робототехники. Они и служат еще одним важным поводом к преведениню данной работы.

Тема диссертационной работы, выполненной в 1974— 1986 гг., соответствует основной проблематике лаборатории физиологии поведения приматов Института физиологии им. И. П. Павлова АН СССР (Ж\° гос. регистрации 70055887, 76034377, 81086033)

Цель и задачи исследования. Цель настоящего исследования состояла в изучении нейрофизиологических закономерностей взаимоотношений процессов краткосрочной и долгосрочной форм памяти у приматов и принципов реализации этих взаимоотношений в соответствии с потребностями регуляции поведения.

В работе ставились следующие основные задачи.

1. Выяснить динамику межструктурных отношений мор-фофункциональных систем отсроченного пространственного выбора и следового условного рефлекса (рефлекса на время) у макак резусов.

2. Установить зависимость пластических свойств морфо-функциональных систем отсроченной реакции и условного рефлекса на время от преимущественного вовлечения в процесс интеграции механизмов краткосрочной или долгосрочной памяти.

3. Определить степень участия префронталыюй коры и гиппокампа в морфофункциональной системе отсроченного пространственного выбора и условного рефлекса на время при их фармакологическом выключении у макак резусов.

4. Показать пластичность взаимоотношений краткосрочной и долгосрочной форм памяти у низших обезьян путем регуляции их психотропными веществами (фенамином, ами-зилом).

5. Исследовать особенности функциональных взаимоотношений краткосрочной и долгосрочной форм памяти в сравнительно-физиологическом ряду низшие, высшие обезьяны, человек.

Научная новизна. Работа представляет первое сравнительное исследование нейрофизиологических механизмов различных форм памяти у приматов с позиций нового методологического подхода. Он заключается в том, что в работе память рассматривается не как однородный феномен, а как интегративное явление, основывающееся на результатах совместной динамически взаимосвязанной деятельности нейрофизиологических механизмов краткосрочных и долгосрочных следовых процессов, изолированное проявление которых практически невозможно. В результате такого подхода соот-

ношение краткосрочных и долгосрочных следовых процессов — интегрированный результат их динамического взаимодействия, которое является необходимым условием организации мнестической функции. От преобладания в соотношении краткосрочных или долгосрочных следовых процессов зависит проявление краткосрочной или долгосрочной форм памяти. Таким образом, в работе впервые ставится вопрос о необходимости изучения взаимодействующих видов памяти.

Сформулированное представление о пластичном, динамичном соотношении кратковременных и долговременных следовых процессов в центральной нервной системе базируется на результатах проведенных исследований по тестированию текущих характеристик пространственной синхронизации биоэлектрических процессов в следовую паузу при отсроченной реакции и следовом условном рефлексе. Удержание информации в этот период обеспечивалось взаимосогласованным действием краткосрочных и долгосрочных следовых процессов. Это отражалось в пространственно-временных межструктурных отношениях, основанных на стабильных и динамичных функциональных контактах. Морфофунк-циональная система следового условного рефлекса характеризовалась статистически воспроизводимой тенденцией к большей стабильности функциональных связей в отличие от динамичной морфофункциональной системы отсроченной реакции, что подтверждает пластичность механизмов краткосрочной памяти и стабильность долгосрочной. Различие в протекании следовых процессов обеих поведенческих моделей памяти обеспечивалось не столько участием определенного исследуемого набора мозговых образований — префрон-тальная кора, гиппокамп, головка хвостатого ядра, медио-дорзальное ядро таламуса, сколько динамикой функциональных связей между этими структурами.

В работе получены новые факты о латентной функциональной асимметрии префронтальной коры и гиппокампа, о тесной взаимосвязи их как звена системы, организующей процессы пространственной краткосрочной памяти по принципу асимметрии.

Впервые выявлены основные особенности взаимодействия процессов краткосрочной и долгосрочной памяти у низших обезьян и в онтогенезе у детей 3-х — 7-ми лет. Использование на обезьянах психотропных препаратов (фенамина, ами-зила) позволило установить возможность регуляции взаимоотношений между этими процессами. Полученные факты

подтверждают выдвинутое представление о пластичности соотношений двух форм памяти: об увеличении устойчивости краткосрочной памяти по отношению к долгосрочной в сравнительно-физиологическом ряду низшие, высшие обезьяны, человек. Взаимоотношение различных форм памяти обеспечивается, с одной стороны, их функциональным единством, с другой — относительной независимостью этих процессов.

На защиту выносятся следующие положения:

— в основе механизмов удержания информации в следовую паузу при отсроченном пространственном выборе и условном рефлексе на время лежит взаимодействие процессов краткосрочной и долгосрочной памяти. Проявление той или другой форм памяти зависит от преимущественного вовлечения в процесс интеграции механизмов краткосрочной или долгосрочной памяти;

— соотношение краткосрочных и долгосрочных следовых процессов пластично, их весовые характеристики меняются в зависимости от реализуемой формы поведения;

— динамика взаимоотношений краткосрочной и долгосрочной форм памяти в сравнительно-физиологическом ряду низшие высшие обезьяны, человек идет по пути усложнения отношений и относительной независимости в процессе реализации поведения.

Теоретическая и практическая значимость. Результаты исследования вносят вклад в понимание нейрофизиологических механизмов структурной организации процессов краткосрочной и долгосрочной памяти, формирование представлений об общих принципах функционирования этих механизмов в соответствии с потребностями регуляции поведения.

Результаты имеют и практическую значимость. Выявленные особенности межструктурных перестроек центральных отношений в период отсрочки обеих поведенческих моделей памяти могут с достаточной достоверностью отражать аналогичные процессы, происходящие в мозгу человека, т. к. фактический материал получен на бодрствующих обезьянах, близких по уровню эволюционного развития мозга к мозгу человека.

Взаимодействие процессов двух форм памяти несет сложно-соподчиненный, пластичный характер и имеет свою динамику в онтогенезе человека. Знание этапов развития взаимодействующих видов памяти существенно для практики воспитания детей дошкольного возраста, направленно се-

лектируя подходы и способы обучения определенным навыкам. Установленная на низших обезьянах возможность фармакологической регуляции взаимодействующих видов памяти в зависимости от практических потребностей человека, может служить основой для создания систем контроля за процессами обучения животных. Выявленные особенности могут быть рекомендованы как педагогам, так и врачам — педиатрам для научного обоснования приемов воспитания и лечебно-профилактических мероприятий.

Ожидается, что результаты исследования будут полезны в клинике при диагностике патологических состояний с нарушенными функциями мозга, в практике обученя в дошкольных учереждениях, при оптимизации режимов работы операторов, при создании биологических систем и моделей искусственного интеллекта.

Реализация и выход в практику результатов работы отражены в виде ряда публикаций в ведущих союзных научных и научно-популярных журналах и за рубежом, сообщений на Всесоюзных и Международных конференциях. Материалы исследования используются в учебном процессе на кафедре анатомии и физиологии человека и животных Ростовского-на-Дону педагогического института при изучении курса «Физиология человека» и спецкурса «Физиология высшей нервной деятельности», а также в курсе «Физиология высшей нервной деятельности ребенка», проводимого во 2-ом Ленинградском училище повышения квалификации средних медицинских кадров. Наблюдения, проведенные на базе ясли-сада № 58 Выборгского района г. Ленинграда позволили сформулировать ряд рекомендаций с учетом индивидуальных мнестичес-ких особенностей высшей нервной деятельности ребенка, использованных в воспитательном процессе при обучении новым навыкам и тренировкам внимания. Кроме того, материалы работы использованы в монографии Л. А. Фирсова и др. (19/9) «Механизмы условнорефлекторного и отсроченного поведения у убезьян» (с. 147—150: рит. 12) и в монографии Е. Ф. Мордвинова (1982) «Электрофизиологический анализ отсроченного поведения» (с. 95—96; рис. 3—4), в разделе «Рефераты» журнала «Наука и жизнь» за 1977 г., № 7, с. 128—129 и за 1980 г., № 3, с. 87—88.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались: на приматологическом симпозиуме, г. Москва, 1975 г.; на XXV, XXVI и XXVII Всесоюзном совещании по проблемам высшей нервной деятельности, г. Ле-

нинград, 1977 г., 1981 г., 1984 г.; на VII и XI Всесоюзном научном совещании по эволюционной физиологии, г. Ленинград, 19/8, 1986; на XIII и XIV съезде Всесоюзного физиологического общества им. И. П. Павлова, г. Алма-Ата, 1979, г. Баку, 1983.; на Всесоюзном симпозиуме «Адаптивные функции головного мозга», г. Баку, 1980; на VIII Всесоюзной с международным участием конференции по нейроки-бернетнке, г. Ростов-на-Дону, 1983; на Всесоюзном симпозиуме «Стрнарная система и поведение в норме и патологии», г. Ялта, 1983; г. Симферополь, 1988; на международном симпозиуме «Поведение, адаптация и эволюция», г. Прага, 1983; на Всесоюзной конференции «Сравнительная физиология человека и животных», посвящ. 80-летию со дня рожд. Л. Г. Воронина, г. Москва, 1988.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения, выводов и указателя литературы. Работа изложена на страницах, иллюстрирована 47 рисунками, 9 таблицами. Библиография содержит 502 источника.

Публикации. Материалы диссертации отражены в 30 публикациях, в том числе 7 зарубежных.

ОБЪЕКТ, ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МОДЕЛИ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Исследование проведено на половозрелых макаках резусах и капуцинах (21 обезьяна) и испытуемых детях в возрасте от 3-х до 7-ми лет (36 человек).

Для изучения процессов памяти в практике физиологического эксперимента наиболее широко распространены отсроченная реакция Хантера (Hunter, 1913) и условный рефлекс. Метод условных рефлексов в его различных модификациях используется для исследования долгосрочной памяти, метод отсроченных реакций — для тестирования краткосрочной памяти (Бериташвили, 1968; 1974; Конорский, 1970; Фирсов, 1972; Воронин, Коновалов, 1976; Ханашвили, 1980; Батуев, 1984; Симонов, 1987). В наших опытах в качестве экспериментальных моделей применялись отсроченный пространственный выбор и дифференцирование двух условных рефлексов на время. Характерной особенностью обеих поведенческих реакций является наличие в их структуре следовой паузы — периода отсрочки. Следовая пауза при отсроченной реакции не была строго фиксирована (4—6 с), а изменялась в случайном порядке. Этот период может счи-

таться наиболее адекватной моделью кратковременного сохранения значимой информации или принятого решения. Однако, следует учитывать, что отсроченная реакция содержит также и элементы условного рефлекса — инструментальная реакция животного, а значит, в какой-то мере отражает черты долговременных механизмов памяти, которые маскируются собственно эндогенными механизмами отсроченного пространственного выбора. В следовом рефлексе (рефлекс на время) строго фиксированное время отсрочки выступало наряду с другими, как сигнальный раздражитель и обусловливало поведенческую реакцию, оно выступало как активный фактор актуализации сформированной ранее ответственной реакции организма. Таким образом, стабильность или нестабильность временного интервала является одним из факторов, детерминирующих различие рассматриваемых поведенческих моделей памяти.

Обе поведенческие реакции реализовывались на экспериментальной установке, состоящей из приматологического кресла с подвижным экраном, ограничивающим двигательную реакцию обезьяны; экспериментального аппарата с набором кормушек и пульта дистанционного управления.

Обезьяна, помещенная в приматологическое кресло, вначале обучалась инструментальному навыку — открыванию одной из кормушек экпериментального аппарата, дверца которой в данный момент освещалась диффузным светом, что означало наличие пищи. В случае отсроченного пространственного выбора освещение дверцы слева или справа от животного через 4 или 6 с подкрепляли пищей. Условный световой стимул подавался не изолированно, а спустя 1 с после преднастроечной звуковой посылки. Опускание экрана в конце периода отсрочки запускало инструментальную реакцию пищедобывания. Реакция на изолированное применение звукового сигнала и опускание экрана прочно угашалось. При дифференцировании рефлексов на время освещалась центральная кормушка, находящаяся .перед обезьяной. Опускание экрана строго через 4 с после сигнала означало наличие пищевого подкрепления, через 16 с — его отсутствие.

Вживление в мозг обезьяны регистрирующих электродов и хемотродов осуществлялось по стереотаксическим координатам (атлас Snider, Lee, 1961) в симметричные отделы префронтальной коры, дорзального гиппокампа, головки хвостатого ядра, медиодорзального ядра таламуса под нем-буталовым наркозом. Электроды. изготавливались из нихро-

мовой проволоки диаметром 0,25 мм в стеклянной изоляции. &

Введение 0,05 мл 0,05% раствора амизила в симметричные участки коры производилось через отверстия с помощью инъекционной иглы под твердую мозговую оболочку. Для введения того же количества амизила в гиппокамп использовалась система двойной канюли, наиболее надежная и мало травмирующая ткани в условиях хронического эксперимента. Объем, концентрация и время действия вводимого вещества определялись с учетом литературных данных эмпирически, до появления признаков моторного ответа — подергивания век, губ. В силу этого, экспериментальное время ограничивалось одним часом, в течение которого производилась запись биоэлектрической активности.

Регистрацию ЭЭГ осуществляли биполярно с помощью 16-канального электроэнцефалографа ЭЭГУ 16-02 во время выполнения животными экспериментальной задачи. Анализ дистантной синхронизации биоактивности производили автоматически в ходе опыта с помощью аналоговой вычислительной установки, собранной на базе двух аналоговых машин МН-7Н. Анализируемые процессы после предварительного усиления и ограничения по величине амплитуды поступали на блок умножения и далее на фильтры низких частот. Параметры фильтра обеспечивали вычисление скользящей средней (за 1 с) интеграла произведения нормированных процессов, т. е. вычисление текущего коэффициента корреляции за каждую секунду периода отсрочки.

Статистическая обработка результатов состояла в вычислении средней величины коэффициентов корреляций, значимо отличных от нуля, для каждой секунды отсрочки в 20—40 предъявлениях задачи и оценивалась по 1 — критерию Стью-дента. Абсолютная величина коэффициента корреляции показала степень глубины (силы) указанной связи: слабые г<0,4 и сильные г>0,4. Итогом обработки являлось построение посекундных картин взаимных корреляций (КВК), отражающих пространвенно-временную динамику функциональных связей между всеми возможными парами ЭЭГ (п= 28) в течение изучаемого периода. Используемый коэффициент корреляций давал возможность судить о динамике вонзикновения и исчезновения функциональных контактов между мозговыми структурами в период отсрочки и соответствии этой динамики различным поведенческим эффектам.

Положение электродов и хемотродов в мозгу после маркировки постоянным током верифицировалось при морфологическом контроле.

Осуществление анализа конкурентных отношений между функциями краткосрочной памяти и стереотипным долгосрочным опытом проводили в поведенческом эксперименте (обезьяны, дети) по методике, предложенной Л. А. Фирсовым (1972). На фоне упроченной условнорефлекторной зрительной дискриминации пары сигналов (положительного и диф-ференцировочного) при пищевом или игровом подкреплении периодически через 15—20 предъявлений проводились критические испытания — решение отсроченной задачи: на виду у испытуемых в дифференцировочную кормушку помещалась приманка. После определенного периода экранирования (периода отсрочки) кормушки предъявлялись для выбора. Результаты наблюдений обрабатывались по методике Стыодента.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

1. Нейрофизиологический анализ процессов краткосрочной памяти на модели отсроченного пространственного выбора.

Общепризнанной моделью для изучения памяти являются отсроченные реакции, в составе которых имеются как жесткие элементы условнорефлекторного типа, так и весьма пластичные. Если первые представляют собой готовые поведенческие решения, хранящиеся в долговременной памяти, то последние адресуются к краткосрочной памяти, где в данный момент удерживается информация о вновь поступившем сигнале и соответствующая ему извлеченная из долгосрочной памяти программа ответа. В наибольшей степени роль памяти проявляется в период задержания ответа — в следовую паузу. Этот временной промежуток является чрезвычайно удобной экспериментальной моделью нейрофизиологического изучения краткосрочных следовых процессов, т. к. именно в этот интервал происходит оперативное удержание необходимой для дальнейшей деятельности животного информации. Метод отсроченных реакций служит пока единственной моделью для экспериментального изучения краткосрочной памяти. Что же происходит с мозговыми структурами в следовой период при отсроченном пространственном выборе? Как они связаны между собой в единую нейродннамическую констелляцию?

Динамическая синхронизация биоэлектрической активности префронтальной коры, гиппокампа, головки хвостового ядра и медиодорзального ядра таламуса при отсроченном

пространственном выборе. В первой серии экспериментов было проведено изучение динамики межструктурных взаимоотношений, формирующейся на протяжении всей следовой паузы при выполнении макаками резусами отсроченного пространственного выбора. Исследовалась пространственно-временная организация корреляционных связен между биоэлектрической активностью префронтальной коры, гиппока-мпа, головки хвостатого ядра и медиодорзального ядра та-ламуса обоих полушарий.

Для оценки пространственной синхронизации двух электрических процессов вычислялся текущий коэффициент знаковой корреляции. Согласно представлениям М. Н. Ливанова (1972) и его школы, степень корреляционной связи между активностью двух областей мозга может рассматриваться как мера их функционального синергизма и наибольшей вероятности возникновения функционального контакта.

В результате анализа были установлены следующие особенности: 1. Из 28 потенциально возможных связен между изучаемыми структурами в период отсрочки проявляются лишь некоторые. Однако все 8 морфологических зон (по 4 с каждой стороны) в тот или иной момент времени активно вовлечены в процесс удержания информации. 2. Картина взаимной корреляции для каждой секунды периода отсрочки не остается постоянной, она динамична на протяжении всего изучаемого интервала времени. Такая динамичность паттернов корреляций обусловливается как топографией (рисунком) межструктурных связей, так и силой (глубиной) этих связей, различных в разные моменты следовой паузы. 3. Структура картин взаимных корреляций не тождественна для левого и правого полушарий за каждую секунду периода отсрочки, что, вероятно, является отражением лабильности межполушарной асимметрии в функционировании целого мозга. 4. Наличие некоторого кооличества функциональных связей, устойчиво сохраняющихся на всем протяжении периода отсрочки отражает, по всей видимости, постоянство условий выполняемой поведенческой реакции, т. е. свидетельствует о вовлеченности механизмов долгосрочной памяти в систему отсроченной реакции.

Перечисленные особенности построения паттернов корреляций отмечались у другой группы обезьян, где также в ситуации отсроченного пространственного выбора изучалась динамика межструктурных отношений только для двух морфологических образований: гиппокампа (вентрального и дор-зального) и префронтальной коры (поля 9 и 47). И в этом

случае, динамичность картин взаимных корреляции свидетельствует о закономерной, статистически воспроизводимой динамике взаимодействии мозговых образований при отсроченной реакции.

Существование сложной динамики картин взаимных корреляций в период отсрочки служит доказательством того, что фаза краткосрочного удержания информации представляет собой развивающийся во времени процесс, а не статичное состояние. Этот следовой процесс характеризуется не одновременным стойким повышением активности во всех исследуемых областях мозга, а разнонаправленными, распределенными во времени центрами пространственной синхронизации. Динамичность связей в различные моменты периода отсрочки служит отражением пластичности функциональной роли самих структур при организации краткосрочных мнестическнх процессов в центральной нервной системе. Существование постоянных функциональных контактов между исследуемыми структурами может явиться основой проявления долгосрочного памятного следа. Вероятней всего, паттерны корреляций при отсроченном пространственном выборе неоднородны по своей нейробиологической природе и отражают активацию механизмов как краткосрочных, так и долгосрочных следовых процессов.

Следует особо подчеркнуть, что все исследуемые мозговые образования в тот или иной момент времени оказываются вовлеченными в морфофункциональную систему отсроченной реакции. По-видимому, процессы удержания информации обеспечиваются не столько тем. какие именно структуры головного мозга участвуют в образовании функциональных связей, сколько динамикой перераспределения этих связей во времени.

Для того, чтобы определить специфичность динамики паттернов корреляций отсроченного пространственного выбора была проведена контрольная серия экспериментов (фальшь-опыт). Обезьяна лишалась возможности делать целенаправленный выбор в силу отсутствия биологически значимого светового сигнала. Тем самым, животное не могло удерживать в памяти инофрмацию о местоположении пищи или программу направленного двигательного ответа. Как оказалось, топография связей была различной при отсроченном пространственном выборе и в контрольном опыте: число общих связей, регистрируемых в обеих экспериментальных ситуациях. очень невелико (14%), а количество специфических — существенно различалось (50% и 11%). Вероятно, ус-

тановленное различие определялось той информацией, которая удерживалась в памяти в период отсрочки.

Иная тенденция отмечалась при сопоставлении картин взаимных корреляций, сопутствующих решению двух близких по характеру задач отсроченного простанственного выбора — удержание информации при предъявлении сигнала слева и то же, но при предъявлении сигнала справа. В обоих случаях паттерны представляли сложную динамику функциональных связей весьма сходную между собой. Решающей особенностью указанного сходства ситуаций являлось большое количество общих связей (40%). При этом следует учитывать, что значительная общность задач при право- и левостороннем предъявлении условного раздражителя предполагает и некоторую их специфичность, определяемую условиями эксперимента — литерализацией биологически значимого стимула. Существование специфических корреляционных контактов, имевших место только при появлении сигнала слева (28%) или справа (24%) указывает на то, что организация процессов запоминания оказывается в значительной степени зависящей от определенных признаков запоминаемого раздражителя, обусловливающего специфическую поведенческую реакцию. Таким образом, местоположение предъявляемого стимула, его нестабильность определяло информационное содержание краткосрочных мнсстических процессов в обеих поведенческих задачах.

Полученный в результате изучения дистантной синхронизации биоэлектрических процессов факт асимметричности картин взаимных корреляций между левым и правым полушариями представляет интерес прежде всего ввиду лабильности выявленной асимметрии, а также независимости от предпочитаемой передней конечности обезьяны. Межполушар-ная флуктуация асимметричности имела место на всем протяжении периода отсрочки. Это свидетельствует о сложной организации краткосрочного мнестического процесса при пространственном выборе, важным звеном которой служит механизм динамичной межполушарной асимметрии.

Таким обраозм, значительная синхронизация биоэлектрической активности обширных зон мозга и пластичная динамика межструктурных перестроек дистантной синхронизации в различные моменты периода отсрочки при отсроченном пространственном выборе, вероятно, отражает активацию динамичных механизмов краткосрочных следовых процессов при незначительном соучастии статичных процессов долгосрочной памяти.

2. Нейрофизиологический анализ процессов долгосрочной памяти на модели следового условного рефлекса (условного рефлекса на время).

В лаборатории И. П. Павлова впервые была предложена модель памяти в виде следового условного рефлекса (Пименов, 1906, 1907; Красногорский, 1908). В классическом варианте следовая пауза условного следового рефлекса поддерживается всегда постоянной, поэтому продолжительность следовой паузы выступает в качестве одного из компонентов условного сигнала. Тот факт, что реакция основана не только на следах от раздражителя, но и связана с отсчетом времени, определяет основные ценности условного рефлекса на время как модели памяти. По мнению Л. А. Фирсова (1982), следовой условный рефлект, являющийся вариантом условного рефлекса на время, должен приниматься как модель долговременной памяти на «меру времени».

Особый интерес представляет динамика биоэлектрической активности различных образований мозга во время следовой паузы условного рефлекса на время, который может использоваться для изучения физиологических механизмов памяти, обеспечивающих способность животного, ориентироваться в сложной временной ситуации. Наиболее адекватной моделью исследования поведения в подобных условиях является рефлекс на различение временных интервалов. Вопрос о возможности образования условных рефлексов на дифференцирование интервалов времени и вероятных механизмах этого различения мало разработан (Woodrow, 1928; Атнагулов, 1976; Смирнов, 1976, 1980; Меринг, 1980).

Существуют многочисленные наблюдения относительно роли отдельных образований головного мозга — префрон-тальной коры, гиппокампа. хвостатого ядра, ядер таламуса — в организации и регуляции функции памяти (Konorski, 1972; Толкунов, 1972; Виноградова, 1975; Pribram et Мс Gwieness, 1975; Пигарева, 1978; Хасабов, 1978; Суворов, 1979; Меринг, 1980; Rosenkilde а. Bauer, 1981; Нанейшвили, 1985 и многие др.). Однако, истинная картина, происходящая в мозгу, может быть с достаточной степенью точности установлена только при изучении пространственно-временных взаимодействий комплекса структур, ответственных за мнестический процесс во время различения отрезков времени. Ни в отечественной, ни в зарубежной литературе мы не обнаружили исследований динамики межструктурных отношений в период дифференцирования временных интервалов.

Поэтому одна из задач нашей работы состояла в анализе общей картины пространственно - временных взаимодействий, складывающихся между симметричными центрами преф-ронтальной коры (ПК), гиппокампа (Г), головки хвостатого ядра (ГХЯ) и медиодорзального ядра таламуса (МТД) по показателям текущих коэффициентов корреляций при различении двух условных рефлексов на время.

Динамика синхронизации биоэлектрической активности префронтальнон коры, гиппокампа, головки хвостатого ядра, медиодорзального ядра таламуса при дифференцировании условных рефлексов на время.

ЭЭГ-исследование динамики электрической активности проводилось на 5 макаках резусах, предварительно обученных дифференцированию двух интервалов времени (4 и 16 с). Особенность экспериментальной модели заключалась в том, что настроечный сигнал — освещение дверцы центральной кормушки — или момент отсчета как для положительного условного рефлекса, так и для дифференцировочного был один и тот же. Тем самым структура этой модели предполагала включение интервала времени положительного условного рефлекса (4 с) в дифференцировочный (16 с). Подобное обстоятельство способствовало тому, что при всех прочих равных и постоянных условиях, изменяющимся фактором был ход времени, который и отражал информационное содержание предстоящего поведенческого акта. В случае отсутствия пускового стимула и подкрепления в начале 5-ой секунды можно было проследить смену одной экспериментальной задачи на другую.

Анализ дифференцирования двух следовых процессов в виде рефлексов на время показал, что, как по характеру поведенческой реакции животного, так и по особенностям пространственно-временной динамики коэффициентов корреляций можно выделить 3 фазы. 1 фаза ■— положительный рефлекс на время, когда происходит восприятие настроечного стимула, узнавание его как несущего определенную биологическую значимость, принятие и удержание в памяти программы действия (4 с). Отсутствие пускового стимула и подкрепления на 5-й секунде исследуемого периода является новым сигналом — дифференцировочным, означающим, что возможность подкрепления отменяется. Это вторая фаза — переходная (5—9 с), период перехода одного состояния готовности в другое, смены одной программы действия на другую. В пределах этого временного отрезка различение интервала в 4 с не происходит. Случайный характер появле-

Ния сигнала об отмене подкрепления вносит необходимость участия наряду со стабильными механизмами долгосрочной памяти пластичных механизмов краткосрочных процессов. Особенность II фазы дифференцирования заключается в том, что именно в этот период создаются экспериментальные условия для одновременного функционального взаимодействия двух видов следовых процессов. Результат завершения перехода одного состояния готовности в другое проявляется в поведении как момент различения временных отрезков, которое на последующих секундах (10—16 с) поддерживается за счет внутреннего торможения, подавляющего неподкреп-ляемые реакции (Douglas, 1967). Это III фаза — дифферен-цировочный рефлекс на время. Каждая фаза характеризовалась специфичной пространственно-временной динамикой паттернов корреляций и соотносилась с особенностями поведения животного. В случае проявления положительного и дифференцировочного условных рефлексов динамики паттернов корреляций имела относительно стабильный характер, в отличие от переходной фазы, картины взаимных корреляций которой отличались большой вариабильностыо и выражались наличием почти максимального количества функциональных контактов (93% от всех зарегистрированных в исследуемый интервал времени). Количество динамичных связей, проявляющихся в период положительного и дифференцировочного рефлексов незначительно (15% от всех фиксированных в процессе различения) и, вероятно, отражает активацию механизмов краткосрочной памяти.

Не подлежит сомнению тот факт, что состояние научения у животного должно иметь свои нейрофизиологические особенности, проявляющиеся при возникновении знакомой ситуации — повторные предъявления условного сигнала. Однако, трудно предположить, что один и тот же стимул всегда будет вызывать одну и ту же нейрофизиологическую картину. Следует иметь ввиду, что реакция на сигнал — это сложная система нейрофизиологических процессов, явление интегральное, формирующееся с участием не только функции памяти, но и анализа сигналов, регуляции уровней возбуждения центров безусловнорефлекторной деятельности, эмоций, мотиваций и ряда других (Хананашвили и др., 1980). Именно поэтому один и тот же сигнал при повторном предъявлении может по разному оцениваться животным, вызывая различные нейрональные процессы (Кратин, 1977). В стереотипных условиях, при автоматизации деятельности, поведение приобретает свойства жесткого прог-

раммировання. Возможность воспроизведения общих закономерностей паттернов корреляции при повторении одной и тон же экспериментальной ситуации можно рассматривать как ЭЭГ—отражение существования определенной связи между нейрофизиологическими процессами и соответствующим им конкретным ситуативным поведением. Статичность динамики корреляционных связен положительного и дифференциро-вочного условных рефлексов объясняется наличием некоторого неизменного набора корреляций, повторяющихся от секунды к секунде в следовую паузу поведенческой модели. Эти повторяющиеся функциональные контакты могут быть аналогом «жестких» звеньев мозговой системы (Бехтерева, 1971) п отражать активацию хранимых в долговременной памяти стабильных программ ответов. Предполагается, что жесткие звенья центральной нервной системы работают в определенных пределах независимо от изменений внешних условии и являются обязательными для протекающей конкретной деятельности. В то же время гибкие (пластичные) звенья обусловлены изменяющимися условиями внешней среды и необходимы в отдельные моменты этой деятельности. Конкретная реакция животного — положительный и днфферепцнровочный рефлексы на время — обеспечиваются вполне определенным постоянным набором жестких звеньев мозговой системы, которые и лежат в основе долгосрочных следовых процессов. Экстренные внешние воздействия — отсутствие пускового стимула на пятой секунде — приводят, по-видимому, к включению в деятельность системы гибких звеньев. II фаза периода дифференцирования характеризуется большим колнчетвом эффективных корреляционных отношений и их сложной динамикой во времени. Эта фаза может служить отражением активации механизмов как долговременных, так н кратковременных следов памяти.

Полученные данные по электроэнцефалографнческому изучению функциональных взаимодействий префронталытой коры, гиппокампа, головки хвостатого ядра и медиодорзаль-ного ядра таламуса обезьян при дифференцировании двух условных рефлексов на время свидетельствуют о наличии сложной динамики межструктурных отношении и достаточно устойчивой, закономерной воспроизводимости этой динамики во времени. Таким образом, в каждый момент интервала дифференцируемых отрезков времени картины взаимных корреляций отражали информацию об особенностях изменений выполняемо]'! задачи и о том стабильном, повторяющемся. что характерно для данного конкретного поведения.

Все это свидетельствует в пользу того, что структура мор-фофункциональнои системы мозгового обеспечения процессов долгосрочной памяти, несмотря на свою некоторую динамичность, достаточно стабильна и статистически воспроизводима во времени.

3. Сравнительный анализ нейрофизиологических меха низмов отсроченного пространственного выбора и следового условного рефлекса (условного рефлекса на время).

Существующие поведенческие методики изучения памяти у животных составляют две большие группы — метод условных рефлексов и метод отсроченных реакций. В отечественной литературе отмечены попытки идентифицировать механизмы этих реакций (Войтоннс, 1949; Абрамова, 1956; Шустин, 1959). Другие исследователи не разделяют этого мнения, считая, что осуществление указанных поведенческих моделей памяти реализуется разными нервными механизмами (Конорский, 1960; Фирсов, 1972, 1982). Полученные .в последние годы в экспериментальных исследованиях отсроченных реакций и следовых условных рефлексов факты о различиях в сохранении выработанных реакции, пределах отсрочек, влиянии тренировок, филогенетической и онтогенетической характеристике следовых процессов, скорости восстановления реакции после повреждения мозговых структур позволяет предположить, что эти две мнестические модели поведения являются результатом функционирования различных мозговых механизмов.

Поэтому задача изучения заключалась в том, чтобы при использовании современных электрофпзно.тогпческой и фармакологической методик на одном и том же животном сравнить дппамику сходства и различия следовых процессов при условном рефлексе на время (долгосрочная память) и отсроченной реакции пространственного выбора (краткосрочная память).

Сравнительно-физиологический анализ динамики биоэлектрической активности следовой паузы при отсроченном пространственном выборе и условном рефлексе на время.

Характерной особенностью обеих поведенческих моделей является наличие в их структуре следовой паузы — отсрочки. Оба эти периода ожидании биологически не идентичны. Как отсроченная реакция, так и следовой условный рефлекс основываются на следах от раздражители. Однако сигнальная значимость раздражителя при отсроченном пространственном выборе носит случайный, экстренно меняюшиися характер. в то время, как при следовом условном рсфтсксс

она стабильна. В силу этого различие изучаемых поведенческих реакций определяется степенью вероятностной последовательности факторов окружающей пространственно-временной ситуации.

Анализ динамики нервных процессов в следовую паузу при отсроченной реакции и условном рефлексе на время проводился путем тестирования коэффициентами корреляций биоэлектрической активности между префронталыюй корой, гиппокампом, головкой хвостатого ядра и медиодорзальным ядром таламуса у макак резусов. Сравнение картин взаимных корреляций (КВК) при положительном рефлексе на время с паттерном корреляций при отсроченном пространственном выборе позволяет выявить существенное различие между ними.

1. Прежде всего, структура КВК. положительного условного рефлекса отличается стабильностью. Как правило, одни н те же корреляционные связи прослеживаются на всем протяжении периода отсрочки. Они являются, по-видимому, отражением активации жестких элементов условнорсфлек-торного типа, составляющих основу долгосрочной памяти.

2. Динамичность КВК следовой паузы отсроченной реакции отражает гибкие, пластичные элементы, лежащие в основе механизмов краткосрочной памяти.

3. Динамика межструктурных отношении для отсроченного пространственного выбора и следового условного рефлекса отличалась своей спецификой: имели место связи, регистрируемые только при отсроченной реакции и только при с, е'юг»ом условном рефлексе.

4. Доля участия префронталыюй коры, ответственной за отсроченный пространственный выбор (ЛасоЬбеп, 1979; Ба-курадзе с соавт., 1981; Мордвинов, 1982; Ыанейшвили, 1985 и многие др.), по количеству функциональных контактов с другими структурами чрезвычайно мала в осуществлении условного рефлекса, чего не отмечается для отсроченного пространственного выбора (14% и 52% соответственно).

Наряду с различиями необходимо учитывать некоторое функциональное единство, общноость изучаемых поведенческих реакции.

1. Как правило, паттерны корреляций как отсроченной реакции, так и следового условного рефлекса имеют смешанный характер. КВК условного рефлекса, наряду с преобладающим набором постоянных связей, регистрируемых во все моменты временной паузы, имеют некоторое количество лабильных контактов. То же характерно и для отсроченного

пространственного выбора: в основной массе динамичных связей прослеживаются стабильные, имеющие место на протяжении всего периода отсрочки. Все это свидетельствует, с одной стороны, в пользу пластичных механизмов краткосрочной памяти и стабильных — долгосрочной памяти; с другой — нервные процессы при отсроченной реакции и условном рефлексе обеспечиваются согласованной деятельностью краткосрочных и долгосрочных следовых процессов.

2. В паттернах корреляций обоих видов задач имеют место связи, общие для этих различных экспериментальных ситуаций. Вероятно, они могут служить отражением активации компонента, общего для этих задач: например, гшщедобыва-тельная реакция, на основе которой тестируются обе модели памяти. Однако, те же общие связи регистрируются и при дифференцировочном рефлексе, когда пнщедобыватсль-ная реакция отсутствует. В силу этого, общими для всех видов поведения являются неспецифические, регулирующие процессы, участвующие в организации функций памяти.

Как было установлено, все исследуемые структуры в те или иные периоды ожидания задействованы в морфофунк-циональнон системе как отсроченной реакции, так и следового условного рефлекса. Но при этом, функциональная значимость морфологических образовании, в особенности преф-роптальной коры и пшиокампа, но характеру функциональных контактов в пределах такого поведенческого акта как отсроченный выбор более изменчива, чем при условном рефлексе на время. Отличия в протекании следовых процессов обеих задач обеспечивались, вероятно, не столько участием тех или иных образовании мозга, сколько динамикой функциональных связей между структурами. Следует полагать, что указанная гетерогенность функционального значения мозговых структур п организует специфику морфофункцио-нальных систем следового условного рефлекса и отсроченной реакции и определяет сходство и различие краткосрочных и долгосрочных форм памяти па системном уровне.

Подтверждением этому служат результаты опытов с временным функциональным нарушением деятельности префронталыюп коры (задние 2/3 s. principalis) п дорзаль-ного гиипокампа (поле САз) в целостной морфофуикцио-налыши системе обеих изучаемых моделей с помощью нейтрального холпнолптпка ампзила. Апплпкапия 0,05% раствора амкзила (0,05 мл) вызывала блокаду холпнорецепторо;1 постспнаптнческих мембран, изменяя проводимость синапс и перераспределяя связи внутри структуры, тем самым прн-

водила к деафферентации данной зоны (Оо^Нб, 1967; Оеи^эЬ, 1971; Виноградова, 1975).

Билатеральная аппликация холинолитика на префрон-тальную кору вызывала более значительные нарушения отсроченного пространственного выбора (39% ошибок), чем дифференцирование условных рефлексов на время (21% ошибок). Существенные перестройки имели место в паттернах корреляций отсроченного выбора, которые выразились в увеличении связей префронтальной коры с другими образованиями. Установленная по поведенческому акту латерали-зацня ошибочного выбора (49% ошибок на предъявление сигнала слева и 29% — справа) может быть результатом неоднозначности функций префронтальной коры левого и правого полушарий в пространственном выборе. Подобная гетерогенность симметричных центров коры была тестирована и при унилатеральном фармакологическом воздействии: отсроченный пространственный выбор нарушался в большей мере при одностороннем влиянии на область левого полушария по сравнению с правым (38% и 29% ошибок соответственно). Контрольное введение физиологического раствора с левой стороны сохраняло достоверный уровень правильных решений — 83%.

В отличие от результатов, указывающих на преимущественное нарушение пространственного выбора при двустороннем воздействии амизила на префронтальную кору, билатеральное введение его в дорзальный гиппокамп в равной мере снижало уровень правильных решений как при отсроченном выборе — 47%, так и при различении интервалов времени — 49%. Ухудшение исполнения поведенческих тестов на память в этом случае обусловливается нарушением тех механизмов, которые в обеих задачах в равной мере функционируют. Общие для разных видов памяти механизмы локализованы в структурах неспецифического звена системы памяти (Нанейшвили, 1985). Надо полагать, что функциональная деафферентация гиппокампа одинаково отражается на обеих поведенческих реакциях потому, что при этом нарушаются неспецифические процессы в организации мнести-ческой функции, которые и являются тон общей физиологической основой, обеспечивающей функциональное единство обеих форм памяти.

Различная степень нарушений после обратимого выключения префронтальной коры и гиппокампа свидетельствует о функциональной специфике этих структур для следовых процессов при отсроченной реакции и условном рефлексе на

время, тем самым подтверждая различие их нейрофизиологических механизмов.

Сравнительный анализ ошибок, выявленных при отсроченном пространственном выборе показал, что аппликация амизила на префронтальную кору в большей степени нарушала выбор левого объекта, а воздействия на гиппокамп — правого. Возникавшая асимметрия пространственного выбора носила реципроклый характер. Факт тесной взаимосвязи между этими структурами, установленный электрофизноло-гическими и поведенческими методиками, позволяет выделить префронтальную кору и гиппокамп в качестве звена общей интегральной системы (Симонов, 1987), обеспечивающей организацию краткосрочных и долгосрочных процессов памяти с помощью механизма межполушарной асимметрии.

Отмечавшиеся при фармакологическом воздействии дефекты отсроченного выбора и дифференцирования следовых условных рефлексов объясняется, главным образом, нарушением нормального течения процессов памяти. Вероятно, взаимодействие различных мозговых образований при реализации функции подчинено определенной пространственно-временной последовательности. Именно эта нейродинамичес-кая структура, функционирующая в пространстве и во времени, нарушается при активных фармакологических вмешательствах в деятельность таких мозговых образований, как гиппокамп и префронтальная кора. Впервые проведенный электрофизиологический и фармакологический анализ межструктурных взаимодействий в условиях следового рефлекса и отсроченной реакции показал наличие различных морфо-функциональных систем, организующих процессы краткосрочной и долгосрочной памяти. Отличие в протекании следовых процессов для этих моделей памяти обеспечивается динамикой межструктурных отношений, которая складывается из характера связей отдельной структуры с другими образованиями мозга. Пластичность функциональных связей каждого образования определяет специфику поведенческой реакции, а тем самым, сходство и различие процессов краткосрочной и долгосрочной памяти на системном уровне.

4. Взаимоотношения краткосрочной и долгосрочной форм памяти.

Живая система, в соответствии с уровнем ее нервной регуляции, функционирует в пространстве и во времени, оперируя имеющимися возможностями краткосрочной и долгосрочной памяти. По-видимому, в процессе организации конкретной формы поведения имеет место реализация динамичес-

кой соподчиненности следовых процессов, нервные механизмы которых локализованы на разных уровнях головного мозга. Только изучение взаимодействующих процессов адекватно отражает истинное состояние в центральной нервной системе и может способствовать раскрытию механизмов разных форм памяти, установлению общего и различного между ними.

Фармакологический анализ вазимодействия процессов кратковременной и долговременной памяти у низших обезьян. Исходя из предположения об иерархичности механизмов краткосрочных н долгосрочных следовых процессов, под которой понимается динамическое соотношение стереотипных и лабильных систем хранения информации, взаимосвязанно участвующих в организации целостного поведения животного, была предпринята попытка фармакологического воздействия на одну из этих систем с помощью адренергического стимулятора фенамина и антихолинергического транквилизатора амнзила.

Нейротропные вещества с различными механизмами действия способны оказывать разнонаправленное влияние на кратковременную и долговременную память. Центральные М-холинолитикн (амизил) оказывают неодинаковое влияние на различные формы памяти (Крутиков, 1972; Селиванова, Голиков, 1975). Непосредственная память и ранние стадии ее консолидации наиболее чувствительны к угнетению холн-нореактнвных структур, долговременная память значительно более устойчива к действию холиноблокирующих средств. Как считают С. С. Крылов с соавторами (1971) изменения долгосрочной памяти не связаны с блокадой холинорецепто-ров, а возникают, вероятно, в результате непосредственного вмешательства амнзила в обмен РНК и биогенных аминов. В противоположность действию холннергических веществ адренергический стимулятор фенамин облегчал краткосрочное запоминание (Крауз, 1975). Эти эффекты связаны с влиянием адрен- и холннергических веществ на структуры лим-бической и восходящей активирующей системы, а также изменением синтеза РНК и белков в мозгу (Бородкин, 1967; Ильюченок, 1972).

Испытания на сохранение информации краткосрочной памятью у макак резусов и капуцинов проводились на фоне прочно выработанного различения двух условных рефлексов. Фенамин (0,2 мг/кг) и амизил (2 мг/кг) вводили животным перорально за 20 минут до начала опыта. Правильные решения отсроченных реакций проявлялись крайне редко и име-

ли место при задержках не более 1—5 с у обоих видов обезьян. Было выявлено преимущественное участие процессов долгосрочной памяти в исследуемой ситуации. На фоне действия фенамина наблюдалось увеличение периода ожидания в отсроченных реакциях. Максимальное время отсрочки, полученное экспериментально, достигало у макак резусов 50 с и у капуцинов 8 минут. После введения амизила поведенческая реакция осуществлялась только по механизму условного рефлекса. Выбор на основе краткосрочной памяти резко нарушался. Отмена амизила сопровождалась восстановлением выбора по типу отсроченной реакции. Механизмы долговременной памяти значительно более устойчивы к действию холиноблокнрующих веществ (Flood et al., 1981). Поэтому, увеличение дозы амизила (5 мг/кг) приводило к нарушению помимо отсроченной реакции, также и реакции условнорефлекторной дискриминации.

Сравнительно-физиологический анализ взаимодействия краткосрочной и долгосрочной памяти в эволюционном ряду низшие, высшие обезьяны, человек. Экспериментальному изучению динамического взаимодействия различных форм памяти уделено недостаточное внимание. Этот вопрос, по мнению М. Мишкина, П. Аппенцеллера (Miskin, Appehzeller, 1987) находится на начальном этапе разработки. Между тем, анализ проблемы взаимосвязи краткосрочной и долгосрочной памяти и изменение характера этой взаимосвязи в процессе эволюции является еще одним шагом, реализующим представление о механизмах памяти не как однородном процессе, а как интегративном результате постепенного формирования многоуровневой регуляции мнестического поведения животных и человека. Филогенетическое усложнение головного мозга в ряду млекопитающих, даже в пределах отряда приматов (Шевченко, 1971), представляет новые функциональные возможности организации поведения, в частности, и за счет увеличения объема краткосрочной памяти. Сравнительно-физиологический и онтогенетический подход в изучении следовых процессов использовался недостаточно. Поэтому в литературе крайне мало сведений об особенностях формирования краткосрочной памяти и общем характере ее протекания. Результаты, полученные на обезьянах разных видов, позволили сделать заключение об относительном увеличении роли оперативных следовых процессов в противовес долгосрочным механизмам памяти в ходе эволюционного развития (Фирсов, 1972, 1982). Так, у капуцинов длительность сохранения зрительного образа механиз-

мамн краткосрочной памяти была максимальной в пределах 10—15 с, у макак резусов — до 30 с, у павианов — до 1 минуты, у шимпанзе — 5—10 минут. При этом у низших обезьян значительное укрепление условнорефлекторных механизмов (до 1000 сочетаний условного и безусловного стимулов) приводило к преобладанию их над краткосрочными процессами, результатом чего явилось уменьшение времени отсрочки до 1—2 с. У шимпанзе такого выраженного доминирования долгосрочной памяти над краткосрочной обнаружено не было (Фирсов, 1982). Этот факт свидетельствует не только о более пластичном уровне взаимодействия разных форм памяти в организации поведения высших обезьян, но и большей близости их к человеку. Подтверждением тому служат данные, полученные нами в онтогенезе у детей 3—7 лет. Так, у детей 3-х и 5-ти лет время сохранения информации механизмами краткосрочной памяти на фоне условно-рефлекторной дискриминации было значительно большим, чем у низших обезьян и измерялось минутами, как у высших антропоидов (1,3—5 минут). Удержание информации механизмами кратковременной памяти закономерно увеличивалось с возрастом ребенка. К 7-ми годам это свойство относительно независимо и устойчиво проявляло себя по отношению к долгосрочной памяти — отсрочка измерялась минутами и часами.

Таким образом, результаты, полученные на низших и высших обезьянах и наблюдения на детях различных возрастных групп в условиях конкуренции долгосрочных и краткосрочных процессов, позволили выявить последовательное увеличение роли механизмов кратковременной памяти и относительное обособление их от механизмов долговременной, что свидетельствует не только о гетерохронности созревания в эволюции механизмов краткосрочной и долгосрочной форм памяти, но и об усложнении отношений между ними. Физиологические механизмы, обусловливающие исследуемые ре-актии у обезьян и человека, должны быть различными, т. к. деятельность людей определяется не только первой, но . и второй сигнальными системами, иерархия между которыми и приводит к тому качественному скачку, отличающему антропоида и человека. Вероятно, формирование онтогенетических особенностей памяти детей детермировано развитием сигнальных систем, а проявление в филогенезе отряда приматов осуществляется в результате динамического взаимодействия ее краткосрочных и долгосрочных форм.

Результаты сопоставления динамики конкурентных взаи-

моотношении двух видов памяти у обезьян и человека свидетельствуют о различии весовых характеристик в проявлении краткосрочных и долгосрочных следовых процессов, за исключением некоторых зачаточных форм у шимпанзе. В отличие от данных, полученных на детях, у низших обезьян выявлена весьма малая способность к проявлению отсроченных реакций на фоне условнорефлекторного различения. В условиях конкуренции между краткосрочными и долгосрочными формами памяти преимущественное участие принимали условнорефлекторные механизмы. Между тем, с помощью психотропных препаратов была показана возможность регуляции краткосрочных следовых процессов у низших обезьян. Способность фенамина значительно расширять диапазон сохранения информации механизмами непосредственной памяти и амизила полностью подавлять этот вид памяти при интак-тности условнорефлекторных форм поведения свидетельствует о различии мозговых систем, ответственных за исследуемые формы памяти. Так как пока в литературе нет достаточно убедительных свидетельств филогенетической специализации нейронов мозга, то объяснения тем качественным изменениям краткосрочной памяти, отмеченным в ряду отряда приматов, следует искать в структурных и нейродинамических особенностях самих следовых процессов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Теоретическое обобщение изложенного фактического материала позволяет заключить, что процессы краткосрочной и долгосрочной памяти животного обеспечиваются совместной деятельностью комплекса мозговых образований, функционирование которого динамично в пространстве и во времени. С позиций системного подхода в исследовании нейрофизиологических механизмов памяти динамику межструктурных отношений или «топографию их взаимодействий» (Бехтерева и др., 1977) следует считать решающим фактором, определяющим сходство и различие ее форм.

Полученные при изучении отсроченного пространственного выбора данные свидетельствуют о том, что процессы краткосрочной памяти отражаются в сложной динамической топографии совозбуждаемых на различных уровнях мозговых структур, воспроизводимой в повторяющейся экспериментальной задаче. Морфофункциональная система следового условного рефлекса — рефлекса на время отличалась значительной стабильностью межструктурных ■ отношений.

Она обеспечивалась вполне определенным постоянным набором функциональных связей, которые могут быть аналогом «жестких» звеньев мозговой системы (Бехтерева, 1971) и отражать активацию хранимых в долговременной памяти стабильных программ ответов.

Паттерны корреляций, отражающие межструктурные отношения в период следовой паузы при отсроченной реакции и условном рефлексе, следует рассматривать как результат комплексной деятельности механизмов краткосрочной и долгосрочной памяти. Функциональные связи, входящие в паттерн корреляций следового периода изучаемых поведенческих реакций при одинаковом электрофизиологическом выражении имеют, вероятно, различную биологическую природу. Механизмы краткосрочной памяти обеспечиваются, в основном, динамическими корреляционными связями — первичной активацией, имеющей, по-видимому, электрохимическую природу (Ма11пе5, 1978; Швец—Тэнэта—Гурий, 1986). Долгосрочная память проявляется, в основном, стабильными связями — вторичной активацией, по мнению Ю. С. Бородкина, В. А. Крауза (1978), имеющей метаболическую природу. Паттерны корреляций следовых процессов отражают разное соотношение первичной и вторичной активации, а, следовательно, и различное представительство механизмов краткосрочной и долгосрочной форм памяти.

Нарушение деятельности одной из структур морфофунк-циональной системы — префронтальной коры или гиппокам-па путем аппликации амизила показало полифункциональность этих образований при сохранении их специфической роли в реализации различных видов деятельности: преф-ронтальная кора принимает решающее участие в процессах краткосрочной пространственной памяти, гиппокамп же был необходим для организации как краткосрочной, так и долгосрочной памяти. Одно и то же образование мозга может участвовать в выполнении как отсроченной реакции, так и следового условного рефлекса, но функция его будет различна в зависимости от топографии его связей с другими структурами. Структуры, соединенные в пространстве и во времени между собой для реализации одной функции, образуют морфофункциональную систему, нейродинамическую структуру этой функции или «макроструктуру» по П. В. Симонову (1987). Временное нарушение функционирования или отдельное повреждение образования может испортить работу только какого-то звена этой системы, но вся система в целом будет продолжать действовать, хотя и не так надеж-

но, как раньше (ТЬтрвоп, 1982). Выявленная с помощью электрофизиологической, нейрофармакологической и поведенческой методик функциональная асимметрия префрон-тальнои коры и гиппокампа, а также устанавливающаяся ре-ципрокность между ними при решении задач отсроченного пространственного выбора, позволили выделить их в звено функциональной системы и сформулировать предположение о межполушарной асимметрии как рабочем принципе формирования процессов пространственной краткосрочной памяти. Следует полагать, что подобная гетерогенность функциональной роли мозговых структур организует специфику морфо-функциональной системы отсроченной реакции и следового условного рефлекса и определяет сходство и различие механизмов краткосрочных и долгосрочных мнестических процессов. Таким образом, полученные данные дают возможность представить процессы краткосрочной и долгосрочной памяти как сложный результат функционирования стабильных и динамичных комплексов мозговых систем, различие и взаимодействие между которыми определяется многообразием граней пластичности элементов этих систем.

Совокупность полученных данных позволяет выдвинуть представление о том, что процессы краткосрочной и долгосрочной памяти находятся между собой в тесном диалектическом единстве, обеспечивающим динамическое взаимодействие их на базе пластических связей в рамках единой системы. Соотношение различных форм следовых процессов — это интегрированный результат их взаимодействия, находящийся в динамическом, сбалансированном состоянии. Результаты, зафиксированные при изучении конкурентныхотно шений краткосрочной и долгосрочной форм памяти подтверждают представление о пластичности взаимодействий различных следовых процессов. Эта динамика взаимооотноше-ний обусловлена как функциональным единством, так и обособленностью, их относительной независимостью.

Для животного и человека жизненно важны различные виды запечатления и хранения информации. Гораздо однообразней процессы извлечения. Возможно даже существование единого конечного пути, что биологически целесообразно. Именно при воспроизведении надо искать активную зону — функциональную динамическую костелляцию структур, где происходит взаимодействие различно хранимой информации, коррекция и реорганизация прежнего следа памяти на основе вновь полуечнного сигнала, пластическое взаимообус-лавливание и адаптирование к текущей ситуации. В качест-

ве активной зоны может служить структурно-динамическая организация краткосрочной памяти, через которую и посредством которой реализуется энграмма долгосрочной. Функция преобразования энграмм в изменяющихся условиях являе-т-ся итогом взаимодействия различных форм следовых процессов, т. е. взаимодействие краткосрочных и долгосрочных следовых процессов — необходимое условие переработки информации в центральной нервной системе. Поэтому пространственно - временные процессы в активной зоне могут иметь сложную нейробиологическую природу. Они слагаются не только как результат активации на воспринимаемую информацию, но и как отражение активации извлеченного памятного следа.

Таким образом, память — это не только фиксация, сохранение прошлого опыта, но и преобразование его на основе вновь поступающей информации, это развивающийся во времени процесс. Полученные факты дают возможность представить память как результат согласованной деятельности краткосрочных и долгосрочных следовых процессов, основанных на одновременном функционировании подвижных и статичных межструктурных мозговых комплексов, которые и реализуют сложный психический акт.

ВЫВОДЫ

1. В следовой период при отсроченном пространственном выборе и условном рефлексе на время по показателям дистантной синхронизации суммарной биоэлектрической активности префронтальной коры, гиппокампа, головки хвостатого ядра, медиодорзального ядра таламуса показано существование различных морфофункциональных систем, реализующих процессы краткосрочной и долгосрочной памяти.

2. Морфофункциональная система отсроченного пространственного выбора характеризуется сложной динамикой межструктурных отношений, что является доказательством системности обеспечения процессов краткосрочной памяти согласованным функционированием комплекса мозговых образований, роль которых меняется в процессе мнестнческой деятельности.

3. Морфофункциональная система положительного и диф-ференцировочного рефлексов на время отличается стабильностью межструктурных отношений по сравнению со сложной динамикой при отсроченной реакции.

. 4. Различия морфофункциональных систем отсроченного

пространственного выбора и условного рефлекса на время, организующих процессы краткосрочной и долгосрочной памяти, обеспечиваются уровнем пластичности межструктурных связей, т. е. степенью участия исследуемых зон мозга в той или иной задаче.

5. Установлена полифункциональность префронтальной коры и гиппокампа при сохранении их специфической роли в реализации различных видов деятельности: префронтальная кора принимает решающее участие в процессах краткосрочной пространственной памяти, гиппокамп же важен как для краткосрочной, так и долгосрочной памяти. Функциональная асимметрия префронтальной коры и гиппокампа и реципрок-ность взаимоотношений между ними выделяют их в звено системы, организующей процессы пространственной краткосрочной памяти по принципу асимметрии.

6. Сходство морфофункциональных систем отсроченной реакции и условного рефлекса на время обеспечивается: а) наличием функциональных связей, общих для обеих поведенческих моделей памяти; б) одновременным существованием в паттернах корреляций изучаемых моделей памяти набора динамичных и стабильных функциональных связей. Преобладание динамичных связей обусловливает пластичные механизмы краткосрочной памяти, а постоянных — стабильные механизмы долгосрочной памяти.

7. Показана возможность регуляций конкурентных взаимоотношений процессов краткосрочной и долгосрочной памяти психотропными препаратами при их системном введении: фенамин увеличивает период удержания информации механизмами краткосрочной памяти на фоне условнорефлек-торного дифференцирования, а амизил полностью подавляет проявление этой формы памяти при интактности долгосрочных условнорефлекторных поведенческих реакций.

8. Динамика взаимоотношений различных форм памяти в сравнительно-физиологическом ряду низшие, высшие обезьяны, человек обусловлена прогрессивным увеличением роли краткосрочных следовых процессов по отношению к долгосрочным вплоть до относительной независимости проявления их от механизмов долгосрочной памяти на уровне человека. Это свидетельствует об увеличении пластичности во взаимоотношениях различных форм памяти в организации поведения и о гетерохронном их созревании в эволюции отряда приматов. Таким образом, иерархия форм памяти обеспечивается в ходе фило- и онтогенеза как их функциональным единством, усложнением отношений, так и обособленностью,

относительной независимостью, что отвечает многообразию сложных видов адаптивного поведения животных и человека.

СПИСОК основных работ, опубликованных по материалам диссертации

1. Моисеева Л. А. О некоторых формах обобщения у собак //ЖВНД,— 1977,— Т.27, № 1.—С. 194—196.

2. Мордвинов Е. Ф., Моисеева Л. А. К вопросу о пространственной синхронизации биопотенциалов префронталь-ной коры и гиппокампа обезьян при выполнении отсроченной реакции //Всесоюзное совещ. по проб. высш. нервн. деят. XXV: Тез. докл.—Ленинград. 1977, —С. 102—103.

3. Мордвинов Е. Ф., Моисеева Л. А. Взаимодействие пре-фронтальной коры и гиппокампа обезьян при отсроченном пространственном выборе //ЖВНД.— 1978.— Т. 28, № 2.— С. 248—256.

4. Мордвинов Е. Ф., Моисеева Л. А. К вопросу о рассудочной деятельности у обезьян //Всесоюзн. научи, совещ. по эволюц. физиол., посвящ. акад. Л. А. Орбели, УП: Тез. докл. — Ленинград. 1978. — С. 161 —162.

5. Моисеева Л. А. Электроэнцефалографическое изучение взаимоотношений префронтальной коры и гиппокампа обезьян при отсроченном пространственном выборе //ЖВНД, — 1979. —Т. 29, № 5. —С. 1087—1089.

6. Фирсов Л. А., Моисеева Л. А., Никитин В. С. Материалы к нейрофизиологическому анализу сложных форм поведения //Съезд Всесоюзн. физиол. общ-ва им. И. П. Павлова, XIII: Тез. докл. —Алма-Ата. 1979. — С. 67.

7. Моисеева Л. А. Динамика функциональных взаимоотношений структур головного мозга обезьян при дифференцировании временных интервалов //ЖВНД.— 1980.— Т. 30, № 6. —С. 1123— 1130.

8. Моисеева Л. А., Кручинин В. К. Электрофизиологические корреляты изменения стратегии поведения обезьян при дифференцировании временных интервалов //Адаптивные функции головного мозга: Тез. Всесоюзн. симпоз. — Баку. 1980,— С. 130.

9. Moiseeva L. A. Electroencephalographic study oi relations between the prefrontal cortex and hippocampus in monkeys during delayed spatial choice //Neuroscience and Behavioral Physiology.—1981. —V. 11, № 6, —P. 602—604.

10. Моисеева Л. A. Некоторые особенности нейрофизио-

логического различия отсроченной реакции и следового условного рефлекса у обезьян //Всесоюзн. совещ. по пробл. высш. нервн. деят., XXVI: Тез. докл. — Ленинград.— 1981.— С. 23G.

11. Моисеева Л. А., Фирсов Л. А. К вопросу о различии

механизмов отсроченной реакции и следового условного рефлекса у обезьян //ЖВНД,— 1982. —Т. 32, № 5, —С. 834839.

12. Моисеева Л. А. Участие префронтальной коры в отсроченном пространственном выборе и дифференцировании временных интервалов у макак резусов //ЖВНД.— 1982.— Т. 32, № 3, —С. 549—552.

13. Фирсов Л. А., Лапин И. П., Моисеева Л. А. Влияние фенамина и амизила на взаимодействие отсроченной реакции и условнорефлекторного дифференцирования у макак резусов и капуцинов //ЖВНД.— 1982, —Т. 32, N° 4,— С. 744—746.

14. Фирсов Л. А., Моисеева Л. А., Никитин В. С. Сравнительно-физиологический анализ взаимодействия долгосрочной и краткосрочной памяти у обезьян //Съезд Всесоюзн. физиол. общ-ва им. И. П. Павлова, XIV: Тез. докл. — Баку. 1983, —С. 102.

15. Моисеева Л. А. Участие лобно-гиппокампалыюй системы в межполушарной асимметрии отсроченнного пространственного выбора у обезьян //Всесоюзн. с междунар. участием конф. по нейрокибернетике, УШ: Тез. докл. — Ростов-на-Дону. 1983, —С. 222.

16. Moiseeva L. A. Time course functional relations between brain structures during differentation of the intervals by monkeys //Neuroscience and Behavioral Physiology.— 1983. — V. 13, № 5,— P. 317—323.

17. Moiseeva L. A., Firsov L. A. Difference of neurophy-siological mechanisms of delayed reaction and trace conditioned reflex //Neuroscience and Behavioral Physiology.'— 1983. —V. 13. № 6.— P. 464—469.

18. Firsov L. A., Moiseeva L. A. Comperative physiological analysis of complicated behaviour in monkeys //Behaviour, adaptation and evolution. International working colloguium.— Praha —Liblice. 1983, —P. 7.

19. Фирсов Л. А., Моисеева Л. А. Участие головки хвостатого ядра в отсроченном пространственном выборе и дифференцировании следовых рефлексов у макак резусов //Стри-арная система и поведение в норме и патологии. — Ленинград: Наука. 1984. —С. 170—176.