Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Пространственная организация электрической активности мозга кролика на фоне фармакологических вмешательств в работу нейрохимических систем

ВАК РФ 03.00.13, Физиология

Автореферат диссертации по теме "Пространственная организация электрической активности мозга кролика на фоне фармакологических вмешательств в работу нейрохимических систем"

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ИНСТИТУТ ВЫСШЕЙ НЕРВНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ И НЕЙРОФИЗИОЛОГИИ

На правах рукописи УДК 612.822.3+615.78

РГВ 01

- 5 СЕН 199',

ПЕТУХОВА ЕКАТЕРИНА ГЕНРИХОВНА

ПРОСТРАНСТВЕННАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ МОЗГА КРОЛИКА НА ФОНЕ ФАРМАКОЛОГИЧЕСКИХ ВМЕШАТЕЛЬСТВ В РАБОТУ НЕЙРОХИМИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Специальностъ-03.00.13- физиология человека и животных

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

МОСКВА 1994

Работа выполнена в лаборатории высших функций мозга человека и животных ( завлабораторией - доктор медицинских наук Н.Е.Сввдерская ) Института высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН ( директор - академик РАН П.В.Симонов )

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ : Лауреат Государственной премии СССР, доктор медицинских наук Н.Е.Сввдерская

Официальные оппоненты:

1. Доктор медицинских наук, профессор М.Г.Айрапетянц

2. Доктор биологических наук А.Ф.Изнак

Ведущее учреждение:

Ростовский-на-Дону Госуниверситет, кафедра физиологии человека и животных

Защита состоится " " с^сТс^сТхр 1994 г. в час. на заседании Специализированного Совета ( Д-003.10.01) по защите докторских диссертаций при Институте высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН (117485 Москва, ул. Бутлерова, д.5 А)

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

Автореферат разослан ^(^авгусга 1994 г.

Ученый секретарь Специализированного совета доктор биологических наук О.Х.Конггоянц

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Современный уровень представлений о процессах обучения и памяти включает в себя два основных, равнозначно важных подхода: нейрохимический, описывающий механизмы работы мозга как на уровне синап-тических медиаторов, так и на уровне гуморальных биохимических факторов, и электрофизиологический, основанный на моделях электрических взаимодействий, в основе которых лежит способность нервной системы к восприятию и распространению потенциалов. Оба подхода имеют длительную историю и значительные успехи [ Р.И.Крутиков, 1981; М.Н.Ливанов, 1975; ЛУ.И.Кктт, 1992; ]. Тем не менее, если биохимический механизм потенциала действия уже хорошо изучен, то биохимическая основа суммарной электрической активности, особенно ее пространственной организации, которая является одним из принципов работы мозга [М.Н.Ливанов,1972], еще не совсем ясна. Развитие в последние годы возможностей вычислительной техники вызвало к жизни новую волну исследований биоэлектрических потенциалов мозга, большое значение стало уделяться многоканальной записи и картированию ЭЭГ, в том числе и для нейрофармаколопиеских исследований [ К. ИУ 1989; М.Нюер 1992;]. Пространственный подход, именно как системный и интегральный, является, по-видимому, наиболее адекватным для изучения фармако-ЭЭГ. Потребности медицинской практики и фармакологии стимулируют интенсивный поиск соответствий между показателями электрической активности головного мозга и нейрохимическими процессами ПУ.Негтапп,1991]. Более того, появились реальные возможности выяснить вклад различных нейрохимических механизмов в формирование пространственной организации электрической активности мозга [Н.Е.Свидерская,1985, Н.С.Курова и др. 1989, 1992; В. БакШ <Я аЛ.,1993]. Поэтому на

настоящем этапе развития исследований мозга представляется чрезвычайно важным объединение в одной и той же работе нейрофизиологического и нейрохимического подходов для проведения детального сопоставления ряда амплитудно-частотных пространственных показателей ЭЭГ с данными о состоянии нейрохимических систем, в частности системы биогенных аминов.

Главной целью исследования был поиск соответствия между показателями пространственной организации электрических потенциалов мозга и состоянием нейрохимических систем, а также характерных признаков изменений этого состояния. Для достижения этой цели применялся ряд фармакологических воздействий на систему биогенных аминов и регуляторных пептидов. Кроме того, применяли и другие активирующие и седативные препараты. В ходе исследования необходимо было решить следующие конкретные задачи:

а) определить степень вариабельности каждого из используемых показателей пространственной организации электрической активности вне фармакологических воздействий;

б) определить реактивность ЭЭГ-показателей в ходе фармакологических вмешательств, а также специфические особенности изменений пространственной организации электрической активности мозга при вмешательстве в функционирование различных нейрохимических систем;

в) на основе полученных данных и известных фактов о фармакокинетике использованных препаратов сформировать представления о влиянии динамики нейрохимических процессов на пространственные паттерны биопотенциалов мозга.

Основные положения. выносимые на защиту:

1. Пространственная организация электрической активности мозга интактного животного образует стабильные и характерные паттерны, флуктуации которых связаны с изменением его функционального состояния.

2.Блокада синтеза норадреналина дисульфирамом, и возникающие вследствие этого нарушения когнитивных функций, ассоциируются с нарушением пространственных

отношений биопотенциалов: понижением уровня пространственной синхронизации за счет уменьшения синхронизированного тета-ритма и дезорганизацией паттернов множественной энтропии.

3. Повышение уровня катехоламинов путем системного введения прекурсора дофамина усиливает пространственную синхронизацию потенциалов за счет усиления высоко-синхронизированного тета-ритма и, в то же время, повышает пространственную неоднородность электрических процессов.

4.Применение нейропептидов различных групп, обладающих ноотропными свойствами, не оказывает выраженного влияния на пространственную синхронизацию биопотенциалов вне измененного фона нейромедиаторов, и вызывает узко локальные изменения множественной энтропии. Напротив, на фоне измененного уровня катехоламинов пироглутамил-содержащие дипептиды оказывают выраженное избирательное действие.

5.Любое нейрофармакологаческое вмешательство формирует специфический пространственный паттерн электрической активности мозга, который является отражением "образа" восприятия этого воздействия и может запоминаться и воспроизводиться.

Научная новизна. В диссертации реализован принципиально новый подход к пониманию пространственной организации электрической активности головного мозга как системе процессов, поддерживаемых различными нейрохимическими механизмами. Показано, что нормализация таких наиболее часто используемых ЭЭГ-показателей как спектральный состав и когерентные отношения, не может быть достаточным критерием для решения вопроса о возвращении мозга в исходное состояние после нейрофармакологического вмешательства. С использованием метода множественной энтропии показана роль нелинейных процессов в постранственной организации электрической активности мозга, что оказалось наиболее важным для исследования пептидэргической системы.

Прием воздействий с применением однократных и хронических фармакологических вмешательств дает новые

доказательства способности мозга "запоминать" фармакологически индуцированный статус и позволяет подойти к пониманию механизма эффекта "плацебо" как условнорефлекторному.

Научно-практическое значение. Примененный в работе подход к анализу электрической активности мозга с использованием группы показателей позволяет выявлять пространственные характеристики ЭЭГ в случае нелинейности и нестационарности исходного сигнала. Это представляется особенно важной для фармако-ЭЭГ. Так, в случае вмешательства в систему биогенных аминов анализ нелинейных характеристик пространственной организации ЭЭГ позволяет точнее определить динамику изменений состояния мозга, а в случае вмешательства в работу пеппгдэргической системы является единственно информативным. На основании данных по сумме показателей удалось выявить специфическое нормализующее действие пироглугамил-содержащего дипептида ТТС-20 при понижении уровня катехоламинов в мозге, и специфическое нормализующее действие пироглутамил-содержащего дипептвда ТГС-33 при его повышении.

Результаты работы могут быть использованы для изучения влияния и области применения новых нейротропных лекарственных средств, в том числе для анализа их действия с точки зрения привыкания, терапевтической резистентности и лекарственной зависимости.

Структура работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературных данных, главы, содержащей изложение методики исследования, в том числе математических парадигм, трех глав, содержащих анализ собственных экспериментальных данных и их обсуждение, заключения, выводов, указателя библиографических источников. Работа изложена на 124 страницах машинописного текста, включает 34 рисунка и 3 таблицы. Список литературы содержит 161 источник: из них 54 - отечественных, 107 - иностранных.

Апробаиия работы. Результаты исследования были доложены на конференции молодых ученых ИВНД и НФ в 1991 г., на 5-м Международном конгрессе по биологической психиатрии во Флоренции 1991 г., на 18-м Международном

Конгрессе Коллегии Психофармакологов в Ницце 1992 г., на Конференции "Ритмы, Синхронизация, Хаос в ЭЭГ", посвященной памяти академика М.Н.Ливанова, в Москве, 1992 г., на Международном Совещании по Картированию ЭЭГ-ВП в Варшаве в 1993 г. Основное содержание диссертации изложено в 10 публикациях.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.

Наиболее адекватной моделью для нашего исследования является пространственная организация биопотенциалов мозга кролика, детально изученная в работах М.НЛиванова и его школы [1934,1955,1969 и др.].

Исследование проведено на 14 взрослых кроликах породы шиншилла в хронических экспериментах. Электричес кую активность отводили от костей черепа бодрствующего животного, используя набор из 24 - 48 стальных игольчатых электродов, референтом служил сдвоенный ушной электрод. Регистрацию ЭЭГ с использованием усилителей биопотенциалов УБФ4-03 производили в течение одного опыта сериями по 10 4-х секундных эпох. Продолжительность одного опыта составляла от 2 до 5 часов и включала от 2-х до 7-и серий. Ввод и обработку информации осуществляли с помощью комплекса программ "СИНХРО-ЭЭГ". Частота дискретизации аналогового сигнала составляла 128 Гц.

Основными методами обработки сигнала были приемы спектрально-корреляционного анализа адекватность которых показана в целом ряде работ [ Н.Е.Свидерская и др.1975., 1978, 1990, 1992]. Как было показано этими авторами, весьма информативным показателем пространственной организации потенциалов мозга является когерентность ЭЭГ сигнала, рассчитанная для 22-х узких поддиапазонов ( в диапазоне от 0,5 до 30 Гц с шагом около 1,31 Гц). Известно, что показатели кросс-корреляции и когерентности характеризуют линейные связи потенциалов мозга, а так как линейная связь не является единственным принципом пространственной организации электрической активности мозга, определенный

интерес представляло выявление других форм взаимоотношений потенциалов, характеризующих иные, чем пространственная синхронизация, стороны функционирования

биопотенциального поля (например, пространственную упорядоченность ЭЭГ-сигналов). Решение этой задачи было непосредственно связано с поиском необходимого информативного признака и разработкой или выбором соответствующего математического аппарата, обеспечивающего его вычисление. В качестве такого критерия нами использован показатель множественной энтропии (МЭ), впервые разработанный для решения задачи классификации временных рядов [Д.К.Чернышев, Ю.Г.Древе 1986]. Этот показатель удовлетворял требованию чувствительности к нелинейным взаимодействиям и давал возможность количественного описания упорядоченности произвольного числа пространственно распределенных процессов. Кроме того этот критерий был нечувствителен к нестационарности, порождаемой общими для всех каналов ЭЭГ источниками.

В первой серии экспериментов исследовали изменение пространственной организации электрической активности при вмешательстве в работу системы биогенных аминов. Модификацию состояния катехоламинэргических систем производили введением дисульфирама , блокатора синтеза норадреналина (НА) на этапе дофамин бета-гидроксилазы (5 животных) и Ь-ВОРА , прекурсора дофамина (ДА) и НА (5 животных). Дисульфирам ^ейлгат, 50 мг/кг) и Ь-БОРА (в той же дозе) вводили однократно внутрибрюшинно в крахмальном желе. Количественное содержание НА и ДА в коре и пшпокампе раздельно для левого и правого полушария было выборочно определено В. А. Гецовой, Н. В. Орловой. Исследуемые вещества с последующей экстракцией органическими растворителямим определяли в одной пробе мозговой ткани спектрофлюрометрическим методом ( С.11.Ма1ске1 й а1., 1968] с некоторыми модификациями [ В.АГецова, Н.В. Орлова 1993 ].

Во второй серии производили вмешательство в работу системы регуляторных пептидов. Модификацию состояния пептидэргической системы производили введением малых доз пептидов с ноотропными компонентами действия. Гептапептид

на основе тафцина ТП-1, ноотропные свойства которого обусловлены наличием активного фрагмента Ьуз-Рго-Ащ, применяли интраназально в дозе 0,1 мг/кг (5 животных). Пироглутамил-содержащие дипептиды, сконструированные, как пептидные аналога классического ноотропа пирацетама, ТГС-33 : Б-рСЬ-Ь-Азп-ИШ (0,1мг/кг) [ТАГудашева, Р.У.Островская, Ф.Б.Максимова и др. 1988 ] и ТГС-20 : рОЬ-Б-А1а-КН2 (1мг/кг) [Т.А-Гудашева, Р.У.Островская, С.С.Трофимов и др. 1985 ] применяли внутрибрюшинно в дозах, рекомендованных авторами (3 животных).

В третьей серии экспериментов мы применяли неспецифический стимулятор кофеин (5 животных) в дозе 0,1 мг/кг и атипичный антидепрессант бефол (4 животных) в дозах 0,01, 0,1 и 0,5 мг/кг для создания модели фармакологического обучения. Эта модель представляла собой цикл стереотипных действий с помещением животного в экспериментальную камеру, укреплением электродов для отведения ЭЭГ и датчиков для отведения электрокардиограммы (на лапы) и частоты дыхания (вокруг грудной клетки). Ежедневное повторение опыта в одно и то же время включало инъекцию нейротропного вещества, за исключением первого и последнего опыта, в которых препарат был заменен на физиологический раствор. Контроль за действием веществ осуществляли по показателям ЭЭГ и по вегетативным показателям функционального состояния: частоте сердечных сокращений (ЧСС) и частоте дыхания (ЧД).

Контролем к дисульфираму и ЮОРА служило соответствующее количество крахмального желе, к другим препаратам - физиологический раствор. Было определено, что эффект собственно инъекции кратковременный и развивается на протяжении 10 - 20 минут. Дальнейшие отклонения ЭЭГ показателей не выходят за пределы колебаний фона. Для некоторых животных применяли несколько воздействий по правилу: сильное воздействие применяли после слабого, интервал между возвращением в исходное состояние и новым воздействием составлял одну неделю.. Всего поставлено 274 эксперимента, обработано 8220 отрезков ЭЭГ.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ 1. Исследование показателей пространственной ЭЭГ кролика в состоянии спокойного бодрствования

ЭЭГ кролика в состоянии спокойного бодрствования характеризовалась рядом признаков и особенностей. Это выражалось, в первую очередь, наличием доминирующего тета-ритма, представленного практически по всей коре. Хотя в нормированном спектре тета-ритм занимал ведущее положение, другие частоты, как показал анализ когерентности, также участвуют в формировании пространственного паттерна ЭЭГ. В общем случае картина пространственного распределения паттерна синхронизации по сумме частот определялась наличием фокусов высокой синхронизации в лобных, передне-и средне-теменных отделах. В отдельных случаях (не более чем в 15%) эти фокусы были симметричными, однако, как правило, в правом полушарии наблюдали более высокий уровень пространственной синхронизации (ПС). Количество коэффициентов корреляции больше 0,8 для левого полушарм по сравнению с правым по 46 экспериментам для 10 животных на 17,6% ниже. Паттерны ПС для одного и того же животного на протяжении всего времени эксперимента - от недели до трех, за исключением периодов фармакологических вмешательств, оставались достаточно стабильными и характерными, тогда как между животными регистрировали, порою, значительные различия. В ходе одного опыта стабильный паттерн существовал обычно около часа, а на втором часу в ЭЭГ возникали изменения, характерные для засыпания, соответственно чему фокусы ПС смещались в затылочные отделы при смене ведущей ритмики. Интересная особенность соотношения спектральных показателей с паттернами синхронизации заключалась в том, что в отдельных случаях изменение ведущего ритма не влекло за собой достоверного изменения паттерна ПС, т.е. стабильные пространственные отношения могут поддерживаться между различными водителями ритмов.

Показатель МЭ в состоянии спокойного бодрствования характеризовался максимальной стабильностью по сравнению с другими исследованными параметрами. Фокусы МЭ частично совпадали с фокусами ПС, в частности в теменных отделах, однако перекрытие фокусов ПС и МЭ было неполным (рис. 1а,б). Так, например появление фокуса МЭ в затылочных отделах левого полушария, как правило, было вне фокуса ПС.

Шкала

ПС МЭ

0,917 Я 2,6

0,834 Ш 2,5

0,751 Щ 2,4

0,668 §®Г 2,3

0,585 т л 2,2

0,502 £=■■• 2,1

0,419 1,9

0,336 ■:■:•:•:•:... 1,8

0,253 •:•:•:•:•: 1,6

0,170 1,4

0,087 ':'.:'■ 1Д

0,000 :-:-.: 0,0

Рис. 1. Пространственное расположение паттернов ПС - а и МЭ - б в у кролика в состоянии спокойного бодрствования ( средние данные по группе из 14 животных)

При смене функционального состояния животного вне фармакологического вмешательства (например при засыпании) изменения в организации паттерна МЭ наступали несколько позже, чем изменения паттерна ПС. Этот факт можно объяснить тем, что появление более регулярной "сонной" ритмики компенсирует для этого сложного комплексного показателя начинающую возникать фазовую рассогласованность. Межполушарная асимметрия фокусов МЭ была довольно значительной, а при смене функционального состояния она еще более усиливалась. Однако ни одно из полушарий нельзя было выделить как ведущее, т.к. фокусы практически с равной вероятностью возникали и справа, и слева.

2. Пространственные отношения биопотенииалов при блокаде синтеза норадреналина

В этой серии экспериментов на 5 животных изучали влияние нарушения синтеза норадреналина дисульфирамом. В табл.1 приводятся данные о содержании норадреналина и дофамина в мозге у двух животных одно из которых получило инъекцию дйсульфирама, а другое - крахмальный раствор через три часа после воздействия.

Гиппокамп левый Гиппокамп правый Кора левая Кора правая

КА- контроль 0,57 0,53 0,23 0,52

МА- дисульфирам 0,23 0,35 0,19 0,23

ЫА - Ь- БОРА 0,64 0,5 9 0,59 0,28

ОА- контроль 1,60 2,86 2,71 3,15

БА- дисульфирам 2,87 2,49 2,34 3,39

РА - Ь - БОРА 3,64 2,91 4,97 4,34

Таблица 1. Содержание катехоламинов в коре и гиппокампе правого и левого полушарий мозга кролика через три часа после введения: 1,4- крахмального желе, 2,5- дисульфирама, 3,6- ¡.-йОРА

Введение дисульфирама вызывало у всех животных изменения пространственной организации электрической активности с весьма стабильной динамикой. Они начинали проявляться на третьем часу после введения дозы 50 мг/кг . В первую очередь реакция на воздействие проявлялась в изменении спектрального состава ЭЭГ, и выражалась в подавлении частот тета - диапазона, возрастании медленноволновых компонент. При этом происходило понижение уровня ПС за счет уменьшения площади имеющихся фокусов пространственной синхронизации (ФПС). Эти изменения развивались с временным сдвигом: реакция со стороны спектральных показателей наступала быстрее, затем

12

нарушалась ПС. Изменения электрической активности по показателю МЭ, наступающие в день применения препарата, можно охарактеризовать, как тенденцию в сторону разрушения или распадения исходного паттерна. На следующий день после введения исходный паттерн МЭ оказывался полностью нарушенным: встречались лишь небольшие фокусы множественной энтропии (ФМЭ) на периферии - в височных или затылочных отделах. Количественно уровень МЭ на вторые сутки не превышал 65% (рис.2). В этот момент изменения со стороны ПС начинали компенсироваться, хотя еще не достигали исходного уровня. Восстановление исходного паттерна МЭ происходило значительно медленнее, чем паттерна ПС: в течение 5-7 суток против 2-3 соответственно. В это время часто регистрировали стойкий и очень локальный ФМЭ в теменной области правого полушария.

Синхронизация <—> Энтропия

-100 -50 0 50 100

%

Рис.2 Изменения пространственной синхронизации и множественной энтропии при нарушении синтеза норадреналина е % к фоновому уровню (средние данные по группе).

А и О-применение дисульфирама в дозе 50 мг/кг, В и Е- тоже с введением пептида ТГС-33, СиР-то же с введением пептида ТГС-20. 13

3. Пространственные отношения биопотенциалов при введении прекурсора норадреналина и дофамина

В этой серии экспериментов на 5 животных изучали влияние введения прекурсора катехоламинов 1^-ООРА. У всех пяти животных в результате этого воздействия происходили одинаковые изменения пространственной организации электрической активности головного мозга. В спектральных характеристиках это выражалось в усилении тета-ритма во всех отведениях и существенном повышении когерентности в этом диапазоне. Эти перестройки сопровождались повышением уровня ПС, которое достигалось за счет увеличения размеров ранее существовавших ФПС (на 25 - 35%). Усиление ПС происходило за счет повышения спектральной мощности в тета-диапазоне. Пик изменений ПС совпадал с пиком изменений концентрации медиатора, по данным биохимических исследований концентраций НА и ДА а коре и гиппокампе правого и левого полушария (табл.1). Что касается МЭ, то проходя фазу незначительного снижения в день введения, она также на вторые сутки повышалась , но уже за счет образования новых ФМЭ в заднетеменных и затылочных областях правого полушария. Изменение паттернов МЭ и в этом случае происходило с некоторым запозданием по сравнению с реакцией в спектрально-когерентных характеристиках, что подтверждает предположение о независимости процессов,

отраженных в этих показателях (рис.3).

* *

*

Исследование перестроек пространственной организации электрической активности при различном уровне катехоламинов в мозге кролика показало, что характеристики пространственного поля биопотенциалов, в определенной мере, могут определяться концентрацией катехоламинов. Результаты, полученные для показателя ПС, хорошо увязываются с биохимическими данными о том, что минимальная концентрация НА в результате блокады его синтеза наблюдается именно через три часа после применения дисульфирама. Однако динамика изменений показателя МЭ несколько иная, хотя направленность изменений и совпадает, что свидетельствует о том, что нелинейные связи био-

потенциалов мозга отражают процессы, лишь косвенно связанные с концентрационными перестройками. Различия в динамике двух показателей пространственной организации электрической активности мозга свидетельствует о наличии нескольких одновременно протекающих процессов, один из которых, проявляющийся в ПС, организует синхронную работу нервных структур, а другой (МЭ) - определяет разнородность включенных в систему нейрональных групп или пулов.

Синхронизация <--> Энтропия

-150 -100 -50 0 50 100 150

Рис.3 Изменения пространственной синхронизации и множественной энтропии при введении прекурсора дофамина и норадреналина в % к фоновому уровню (средние данные по группе).

А и О - применение ¡.-ВОРА в дозе 50 мг/кг, ВиЕ-тожес введением пептида ТГС-33, С и Р - то же с введением пептида ТГС-20.

На клеточном уровне было показано [О.Х.Коштоянц, 1989], что подведение одного медиатора меняет чувствительность нейрона к другому, то есть медиатор кроме функции "переключателя" несет и функцию "описания", и именно эта модулирующая функция может быть отражена в показателе МЭ. Данные о динамике показателя МЭ хорошо

согласуются с данными поведенческих экспериментов [ВАГецова, Н.В.Орлова,1989], в которых было показано нарушение сроком до недели условнорефлекторной деятельности у крыс после аналогичного вмешательства (подавления синтеза норадреналина дисульфирамом). Эти нарушения - более грубые в случае пшцедобывательных рефлексов - были связаны, по всей вероятности, с влияниями на систему подкрепления, проявляющимися в ее "перенастройке" уже после того как изменения концентрации медиатора компенсировались.

Результаты наблюдений за динамикой изменений показателей пространственной организации электрической активности в ситуациях с введением прекурсора катехоламинов показывают, что общее повышение уровня катехоламинов ведет к повышению значений как ПС, так и МЭ. Это означает, по нашему мнению, что происходит включение дополнительных синхронно работающих центров неоднородных ' по своей медиаторной принадлежности. При этом биохимические исследования показали, что увеличение концентрации ДА более чем в два раза наблюдалось именно в гиппокампе -структуре, ответственной за генерацию тета-ритма, который значительно усиливался в этой ситуации.

Интересно, что межполушарная асимметрия изменений показателя МЭ в обоих примерах вмешательства в работу катехоламинэргических систем, свидетельствовала о ведущей роли правого полушария в организации ответа на на системное воздействие подобного рода. Полученные данные согласуются с результатами биохимических исследований о межполушарной асимметрии содержания катехоламинов [ Glick S.D., et all. 1982].

4.Перестройка пространственной ЭЭГ при интраназальном применении синтетического аналога тафиина

Эта серия экспериментов была направлена на изучение влияний на пространственные паттерны биопотенциалов пептида, ноотропные свойства которого показаны в поведенческих экспериментах [ Е.И.Сарычев, Е.С.Пак 1988, А.Н.Иноземцев и др., 1990]. Введение гепталептида ТП-1

производили интраиазально, т.к. эффективность такого способа применения мы показали в предыдущих исследованиях [Е.Г.Петухова, М.М.Козловская 1989]. Необходимо отметить, что при такой форме применения препарата показатели когерентности и спектров ЭЭГ могут изменяться и вследствие возбуждения ольфакторных путей, вносящих большой вклад в организацию электрической активности мозга кролика. Так, появление одностороннего очага высокой когерентности в диапазоне быстрых альфа-волн в передних отделах мозга, контрлатерально ноздре, через которую вводился гептапептид, мы связываем со способом его введения. Тем не менее наблюдались и другие изменения пространственных отношений биопотенциалов при применении гепгапептида, не связанные с "закапыванием". Достоверные изменения по сравнению с применением соответствующего количества физиологического р-ра наблюдали для показателя МЭ. Хотя общий уровень МЭ и не изменялся, мы видели пространственные перестройки паттерна и локальное усиление отдельных ФМЭ. Они были связаны во времени с появлением очагов высокой когерентности на частотах в диапазоне около 13 Гц, которые, хотя и не были вполне симметричны, но не носили и признаков крайней латерализации и регистрировались в первые полчаса после введения пептида. Необходимо отметить, что изменения паттернов ПС и МЭ характеризовались высоким уровнем межиндивидуальных различий.

5.Влияние пептидов с различными ноотропными свойствами на ЭЭГ кролика при различном уровне катехоламинов

Применение дипептидов ТГС-33 и ТГС-20 производилось внутрибрюшинно по рекомендации авторов [Т.А.Гудашева и др. 1985]. Изолированное применение обоих веществ, не вызывало существенных и стойких изменений абсолютных значений показателей ПС и МЭ. Изменения спектрально-когерентных показателей выявляло усиление высокочастотных компонент ЭЭГ, однако новые очаги когерентности были строго локальны. При применении пептида ТГС-20 реакции развивались в диапазонах 9 ( 11,25 - 12,5 Гц) и 12 (15 - 16,5 Гц), а при применении пептида ТГС-33 в диапазонах 8 (10 -

11,25 Гц), 12 (15 - 16,25 Гц) и 14 (17,5 - 18,75 Гц). Динамика спектрально-когерентных сдвигов была весьма быстрой, первые изменения мы регистрировали на десятой минуте, а максимальные сдвиги наблюдали в пределах получаса после воздействия В большинстве случаев были зарегистрированы и локальные изменения МЭ. В целом, все наблюдаемые эффекты, по сравнению с реакциями на вмешательство в работу катехоламинэргической системы, можно было охарактеризовать как стертые и маловыраженные. Поэтому большой интерес представляет появление выраженных реакций в ответ на эти вещества при применении их на измененном фоне катехоламинов. Дипептиды вводили через три часа после введения дисульфирама или ЮОРА. Дипептид ТГС-20 значительно ускорял восстановительные процессы при нарушении синтеза норадреналина, восстанавливая исходный уровень ПС через сутки после применения дисульфирама (рис.2а). Причем дополнительные очаги МЭ в этом случае не наблюдались. В то же время действие этого пептида на фоне повышения уровня катехоламинов не вызывало изменения показателей пространственных характеристик ЭЭГ. Пептид ТГС-33 подавлял тета-ритм на фоне применения ЮОРА , так что колебания уровня ПС не выходили из пределов колебаний в фоне (рис.3), а также изменял динамику реакции показателя МЭ. В то же время на фоне дисульфирама его действие не проявлялось.

* * *

Применение ноотропного гептапептида не вызывает грубой деструкциии пространственных паттернов корреляции и энтропии, то есть не оказывает существенных влияний ни на уровень синхронно работающих нервных структур, ни на разнородность включенных пулов, однако появление при применении пептида дополнительных очагов высокой когерентности на частотах бета диапазона, свидетельствует, что модулирующие влияния этого вещества адресованы в основном корковым зонам мозга, нейроны которых вносят основной вклад в электрическую составляющую данных частот. Это свойство пептидов усиливать очаги высокой когерентности в высокочастотных диапазонах проявляется и для пироглутамил-

1В

содержащих дипептидов, однако их влияние на показатель ПС еще менее выражено, чем ТП-1 при изолированном применении (это связано с различной формой введения, использованной в данном исследовании). В то же время, достоверные, хотя и локальные количественные изменения показателя МЭ, мы связываем с появлением неоднородности и новых частотных компонент. Проявление специфичности пептида на неизмененном фоне медиаторов, вероятно, можно связать с возникновением очагов высокой когерентности в различных узких диапазонах, хотя для пироглугамил-содержащих дипептидов эти диапазоны отчасти перекрывались. Наибольшее внимание привлекает факт существенной модификации биоэлектрических перестроек при применении пироглутамил-содержахцих дипептидов на фоне изменения содержания катехоламинов. В этой ситуации действие каждого дипептида проявлялось как адресное. Оно затрагивало динамику изменений ПС и МЭ, а следовательно, оказывало существенное влияние на организацию пространственных взаимосвязей потенциалов электрической активности, как линейных, так и нелинейных, при конкретной модификации исходного уровня медиаторов. Выявленные закономерности свидетельствуют о высокой избирательности эффектов данных пептидов и их нормализующем влиянии на нейрохимические системы.

6. Влияния многократного применения кофеина ка пространственную организацию ЭЭГ.

Поставив задачу выявления соответствия между показателями электрической активности и нейрохимическими реакциями, мы предприняли попытку проследить ответы со стороны показателей биоэлектрической активности на многократное применение одного и того же вещества. Эксперименты были поставлены для двух веществ одно из которых обладало мягкими стимулирующими свойствами, а другое - седативными.

В качестве стимулятора ЦНС использовали кофеин, действие которого на пространственную синхронизацию у человека уже было показано [Н.Е. Свидерская,1985]. В наших

экспериментах применение дозы 0,1 мг/кг приводило к повышению частоты дыхания и частоты сердечных сокращений на фоне значительного повышения ПС в ЭЭГ за счет увеличения когерентности в области частот бета-1 и бета-2. После пятикратного ежедневного повторения кофеин заменяли соответствующим количеством физиологического раствора. В ответ на введение "плацебо" мы наблюдали кофеиноподобный эффект, как по вегетативным, так и по ЭЭГ показателям. Усиление ПС в передних симметричных зонах и в том и в другом случае развивалось около 40 - 45 минут, паттерны когерентности обнаруживали также значительное сходство за исключением 3-го ( 3,25 - 4,5 Гц) диапазона, который соответствует низкочастотным тета-волнам.

7. Влияния многократного применения бефола на пространственную органюаиию ЭЭГ.

Атипичный антидепрессант бефол, в отличие от кофеина, до сих пор не исследовался с точки зрения его влияния на пространственную организацию биопотенциалов. Однако его влияние на ЭЭГ спектры было описано [Воронина Т.А. и др., 1990]. Первоначально нами был произведен подбор дозы препарата, в ответ на которую вегетативные проявления были хорошо выраженными и наступали в течение получаса после инъекции. Эта доза была 0,1 мг/кг. Применение бефола в этой дозе вызывает на 30-й минуте достоверное снижение частоты и углубление дыхания, а ЧСС при этом не претерпевает существенных изменений - такие реакции свидетельствуют о седативном действии этого вещества. Изменения пространственной организации потенциалов при применении бефола выражаются в усилении ПС и латерализации МЭ и сосредоточении ее фокусов в левом полушарии. Изменения спектральных характеристик не было существенным. В основном усиливался ведущий тета-ритм, а кроме того появлялись новые очаги когерентности в 8-м (10 - 11,25 Гц) и 21 (26,75 - 28,5 Гц) -диапазонах. Хотя у всех животных изменения были сходными, они отличались по своей выраженности.

. Фармакологическое обучение с применением бефола по той же схеме, что и кофеина, также приводило к видоизменению реакции на контрольную инъекцию физиологического раствора. После пятикратного применения бефола его замена на физиологический раствор приводила к реакции углубления дыхания на 30-й минуте после инъекции, в то время как первое применение физиологического раствора, напротив, вызывало его учащение в течение 10-15 минут. Измененная реакция со стороны вегетативных показателей на физиологический раствор угасала в течение недели. Одновременно наблюдалась и модификация реакции показателей пространственной организации электрической активности в ответ на контрольную инъекцию после серии из пяти инъекций бефола. Эти изменения выражались в усилении ПС и латерализации МЭ аналогичных тем, что мы видели при применении бефола. При этом статистический анализ по и -критерию Манна-Уитни для показателя когерентности выявлял отличия в диапазонах 8 (10 - 11,25 Гц) и 9 (11,25 - 12,5 Гц),

свидетельствующие о распознавании "пустышки".

* *

*

Полученные факты свидетельствуют о том, что применение препарата, обладающего определенными нейротропными свойствами, приводит не только к непосредственному эффекту, но и запоминанию характера этого эффекта. Если рассматривать пример с кофеином, то это вещество (психостимулятор, повышающий уровень бодрствования), как известно из практики, обладает побочным эффектом привыкания. То есть, в мозге образуется как бы "образ" производимого эффекта и формируется потребность в его повторении. Однако, обычный кофе для людей с определенными противопоказаниями удается заменить декофеинизированным аналогом, причем отсутствие действующего начала - кофеина практически компенсируется точным совпадением большинства элементов - вкуса, цвета и запаха, а также соблюдением ритуала. То есть "образа" и ритуала оказывается достаточно, для воспроизведения психостимулирующего эффекта.

В другом примере, с бефолом, интересные аналогии можно найти в работе [А.П.Родионов и соавт., 1990], в которой было показана динамика изменения концентрации этого антидепрессанта в мозге и других тканях при однократном и повторном применении. Оказалось, что при первом применении максимальная концентрация препарата обнаруживается в крови через 30 минут, а в мозге через четыре часа, а при многократном применении максимальная концентрация в мозге наблюдается уже через полчаса. То есть, то влияние, которое мы называем "образом" по принципу обратной связи изменяет фармакокинетику действующего вещества.

ЗАКЛЮ ЧЕНИЕ

Пространственная организация электрической активности несомненно, отражает сложные и многообразные процессы, протекающие в головном мозге. Разумеется, в ней содержится и информация и о состоянии нейрохимических систем. Проделанное нами исследование позволяет приблизиться к пониманию того, какой нейрохимический процесс находит свое отражение в данном показателе. Как нам представляется, ПС может отражать уровень концентрации медиатора, и это отражение, скорее всего будет неспецифическим, в то время как когерентность, скорее всего, содержит информацию об "образах" как произведенного воздействия, так и текущих процессов. О МЭ можно говорить, по всей видимости, как о показателе общей неоднородности, который будет модифицирован до тех пор, пока не произойдет весь каскад изменений и гомеостаз не восстановится на новом уровне. В сущности, каждый из использованных показателей несет полезную и значимую информацию, и судить о состоянии нейрохимических систем необходимо с учетом вклада каждого из них.

В целом, проделанное исследование подсказывает направление для развития исследований в области фармако-ЭЭГ. С одной стороны, это определенный общий методический вывод о том, что нелинейные связи пространственной организации потенциалов могут быть весьма информативными

для решения вопросов о специфике действия того или иного препарата, а с другой стороны, это методологическое правило о многокомпонентном действии вводимых извне веществ и о принципиальной возможности разделить эти компоненты.

ВЫВОДЫ

^Показатели пространственных характеристик ЭЭГ пространственная синхронизация и множественная энтропия проявляют высокую стабильность у здоровых интактных животных при неизменном функциональном состоянии.

2.Нарушение синтеза норадреналина приводит к понижению уровня пространственной синхронизации на протяжении 1- 3 суток после введения дисульфирама и разрушению исходного паттерна множественной энтропии, период восстановления которого может достигать семи суток.

3.Введение прекурсора катехоламинов вызывает повышение пространственной синхронизации , связанное с усилением тета-частот во всех областях с последующим нарастанием множественной энтропии.

4.Независимая динамика показателей множественной энтропии, и пространственной синхронизации свидетельствует о наличии по меньшей мере двух независимых механизмов, связанных с компенсацией произведенных фармакологических сдвигов.

5.Носпропный пептид ТП-1 при интраназальном введении вызывает повышение спектральной плотности в полосе бета-частот, что свидетельствует о его активирующем влиянии. Он не вызывает изменения пространственной синхронизации, т.к. , по видимому, не затрагивает основных формирующих ее компонент, однако повышает уровень неоднородности нелинейных составляющих ЭЭГ по показателю мнозкественной энтропии.

6.Дипептвды ТГС-20 и ТГС-33 не оказывают выраженного действия на пространственную организацию ЭЭГ по исследованным параметрам вне измененного фона катехоламинов. Дипептид ТГС-20 проявляет свое действие на фоне понижения уровня норадреналина, в то время как дипептид ТГС-33 - при введении прекурсоров катехоламинов.

7.Кофеин, вызывающий активирующий эффект и повышающий уровень пространственной синхронизации, при многократном введении вызывает модуляцию исходного состояния животного, на фоне которой введение "плацебо" имитирует эффект кофеина. Бефол, атипичный антидепрессант, также способен модулировать исходное состояние и приводить к возникновению бефолоподобных эффектов для "плацебо".

СПИСОК РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1.Petukliova E.G. Spatial Organization of Rabbit's Brain Activity and Pharmacological Model of Learning // Biological Psychiatry, 1991, vol.29, No IIS, P.721 S

2.Петухова Е.Г. Пространственная организация биопотенциалов мозга кролика и фармакологическая модель обучения //"От условного рефлекса к мысли" Тез.конференции молодых ученых ИВНД и НФ РАН Москва, 1991

3 Petoukhova E.G.( Chernyshev D.K., Sviderskaya N.E., Butneva L.S., Koshtoyanz O.Kh.) "Spatial entropy estimation as a new method of the EEG analysis". Abst. Sixth Phsychopliys. Intern. Congress. Berlin. 1992.

4. Petoukhova E.G. Two braim system of neurotropic drug response. // Clinical neuropharmacology. . 1992. Raven Press. Vol.15. Suppl.l.Part.B, P.388B

5.Петухова Е.Г., ( соавт. Коштоянц O.X., Бутнева Л.С.) Анализ пространственных паттернов ЭЭГ кролика на фоне вмешательства в деятельность катехоламинэргической системы мозга. Тез. докл. конференции "Ритмы, Синхронизация, Хаос", Москва 1992

6. Petukhova E.G. (Chernyshev D.K., Sviderskaya N.E., Butneva L.S., Korolkova T.A) "Computer-aided comparative topographic analysis of synchronic and chaotic electric brain processes. // Brain Topography. J.of Functional Neurophys. 1993,V.5, N.3, Р.ЗИ

7. Petoukhova E.G., ( Koshtoyanz O.Kh., Butneva L.S.) "Computer-aided analysis of EEG entropy changes in situation of stimulation and depression of the neurochemical systems". Brain Topograpy , 1993 V.6 N1 P.91