Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Пространственно-временная организация функциональных связей нейронов моторной коры при обучении

ВАК РФ 03.00.13, Физиология

Автореферат диссертации по теме "Пространственно-временная организация функциональных связей нейронов моторной коры при обучении"

На правах рукописи УДК 612.821.6+612.822.3

БОГДАНОВ АЛЕКСЕЙ ВЛАДИМИРОВИЧ

ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ СВЯЗЕЙ НЕЙРОНОВ МОТОРНОЙ КОРЫ ПРИ ОБУЧЕНИИ

03. СО. 13 - физиолспш человека и животных

ЛВТО РЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора биологических каух

МОСКВА - 1995

РГБ ОД

-2 ОКТ 139э

Работа выполнена в Институте высшей мереной ягятелмдатн и нгЯрофизнблогмп РАН

Научные консультанты:

д. м. н. проф. Гасаяов У.Г. д. 6. н. Пазлыгнна Р.А.

Официальные оппоненты:

доктор медицинских наук Подачки В.П. (Институт ВИД к НФ РАН) лектор биологических наук Скреб ицглй В.Г. (Институт Мозга РАМН), лектор биологических наук Жадин М.Н. (Институт Б К РАН)

на заседании Специализированного совета Д 003. 10. 01 Института высшей нервной деятельности и неГфофизнологан РАН по -дресу: 117865, г. Москва, ул. Бутлерова, 5-А.

С диссертацией .можно ознакомиться в библиотеке

Института высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН.

/Автореферат разослан же /к. ¡1995 г.

Ведущее учреждение:

Защита состоится

Кафедра высшей нервной деятельности, биологического факультета МГУ им. М-В. Ломоносова.

оится_ 1995 г. в_^асов

^асов

Ученый секретарь Специализированного Совета доктор биологических наук

АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ

- Изучение принципов функциональной организации структур центральных отделов нервной системы при обучении является одной из наиболее важных задач нейрофизиологии. Центральные структуры являются нервным субстратом поведегагя и понимание сути процессов, протекающих в них при различных формах приспособительной активности животных, приближает нас к пониманию самой природы поведения. К выявлению механизмов интегративной деятельности нервных центров может привести только тщательное изучение основных принципов структурно-функциональной организации этих центров на каждом из уровней их иерархии.

Начиная с работы Г.Джаспера, Г.Ряччи и П.Доуна (Jasper et. al. 1958), исследование этих принципов велось с применением методов регистрации электрической активности отдельных нервных элементов. Появились работы, в

. которых, .сопоставлялись _ изменения в_ дашуФ'сащда __дедрото8__с „^шигаге.тьной

активностью животных (Evarts 1966, Humphrey 1970, Humphrey et.al. 1970, Miller et. al. 1974,. Фадеев, Андрианов 1973, 1974, Schmidt et. al. 1975), анализировалась динамика активности нейронов в процессе обучения (Ricci et. al. 1957, Книпст, Шульгина 1966. Шульгина 1966, 1967, 1978, Sparks, Travis 1967, Полонская 1967, Копытова, Рабинович 1967, Шульгозский, Котляр 1968, 1977, Василевский 1968, O'Brien, Fox 1969, Павлыпша 1969, Павлыгнна с соавт.1970, Мержанова, Сердюченко 1977.). Результаты этих работ привели ученых к заключению о том, что при выработке условного рефлекса реформируются все элементы многоуровневых нейронных систем и происходит формирование сложных функциональных структур из вновь образующихся временных связей. В рамках идеи системных организаций функций нервных элементов, которая разрабатывалась целым рядом исследователей (Анохин 1962, Когая 1964, 1973. Дуринян, Рабин 1971, Кратин с соакт. 1972, Костюк 1973, Швырков 1974, Шульгина 1978 н др.) особенно активно развивалось представление об ансамблевой организации нейронов.

Первые представления о коре, как о сложной совокупности большого числа тесно взаимосвязанных динамических . структурных /единиц • были даны еще И.П.Павловым, который определял кору, как грандиозный комплекс перемежающиеся положительных и отрицательных пунктов. Он писал о том, - что раздражения, приходящие в кору, создают сложные, функциональные связи между нервными клетками и формируют временные связи между пунктами, отвечающими за различные проявления деятельности организма (Павлов 1951, Т.З. С. 179). О гипотетических ансамблях или констеляшмх нервных клеток писал и А.А.Ухтокский (1945, Т., 4. С. 5). Работы И.П.Павлова. ' А.А.Ухтомского, г также.. появившиеся впоследствии ■ гипотеза Лоренто де Но о колончатом строенда коры, теория Хебба о формировании и функционировании клеточных ансамблей, и работа Милиера на ту же тему (Lorente de No 1938, 1949, Hebb 1949, Milner 1957), дали мощный толчок для экспериментальных и теоретических гаыекашй в этом направлении. Ансамблевая структура строения коры была подтверждена многочисленными работами отечественных и зарубежных исследователей.

Совершенно особенное место среди этих работ занимают исследования Л.Б. Когана, детально разработавшего тег рию вероятностно-статистической организации нервных клеток в рабочие механизмы мозга, обеспечивающие "тонкую и надежную прислособт-ельнуа деятельность центрального нервного управления функциональной системы' (Коган 1973. 1974). Результаты исследований привели автора к убе:кдению, что В основе многоуровневой организашп! нервного центра л «кат "наиболее простые.

элементарные объединения нейронов, нз которых. строятся объединения второго - порядка, которые в свою очередь объединяются _в структуры третьего порядка и т. д." (Коган 1974). Примечательно, что слово "объединения" А.Б. Коган употреблял, основываясь только на синергичности ответов нейронов "на определенную стнмулящго, поскольку фушашональные связи непосредственно между нейронами в ансамблях он не анализировал, также, как и многие исследователи конца 60-х, начала 70-х годов: Именно поэтому он подчеркивал, что для понимания механизмов многоуровневой организации нервного центра необходимо изучение принципов объединения этих функциональных единиц на все более усложняющихся уровнях.

Возможности изучения конкретных форм и способов объединения функциональных единиц значительно расширялись с а: ;дргш!ем в практику физиологических исследований методов мультинейрошюн регистрации (Strummwasser, 1958, Бехтерева с соавт. 1971, Гасаноа, Ваяециан 1971, Mori et. al. 1972, Olds J973, Verzeaao 1973, Bucbwald et.al.1973, Гасаноз, Галашина 1974, Burns et. ai. 1974, Susuii, Takaaashi 1974 н т. д.) и статистического анализа перекрестных взаимоотношений импульсных последовательностей нейронов (Gerstein, Kiang 1960, Moore et. al. 1966, 1970, Кедер-Степанова с соавт. 1966, Ефремова с соавт. 1967, Perkel et. al. 1967, Мелехова, Жадин 1968, Gerstein, Perkel 1969, 1972, Dickson, Gerstein 1974 и т.д.). Сам термин "функциональные свази", ранее имевший скорее пиютеткческий характер, постепенно качал приобретать в работах злектрофнзкологоа более конкретное значение.

Использование методов статистического анализа позволило М.Н. Ливанову (1975, 1977, 1979) исследовать процессы пространственной апгхронизации электрической активности в корковых зонах. Им было показано, что когерентная деятельность двух корковых зон способствует проведению возбуждения меаду muai. В продолжение идей И.П.Павлова о фушсш;ог1алыщх связях, Еозгатахшшх • меаду нервными элементами в кортикальных очагах при их рефлекторной активации, Э.А.Асратян развивает представления о "местном условном ссстощаш" к "местом условном рефлексе", придавая им большое значение- в образовали! и специализации условных рефлексоз (1970). Огафаясь на эта представления н используя методы мулымнейронной регистрации и. кросскорреладшнаюго анализа для исследования, функциональной оргшшзашш структур мозга, хащотных при. оЗучешш, в конце 70-х начале 80-х годов У.Г. Гасанов выявил основные закономерности объединения отдельных элементов центральных структур в их перв!гчные комплексы: микро- н макросистем нейронов. Сопоставляя в своей монографии " Системная деятельность корковых нейронов при обучегаш" (1980 результаты исследований ю-шулъсной активности отдельного нейрона « взаимосвязанной деятельности нейронов, он выделил основные принципы их системной оргашгзашш: 1сачествега!ое рт.игае михросети от индивидуальной активности, входящих в ее состав клеток; специфичность распределения связей в системе нейронов; дифференцированнее участие нейронов в системной деятельности.

В 1981 г., когда мы приступили к исследованию пространстшшо-оремениои организации функциональных связей нейронов моторной коры при сбучешш. перед нами стояло множество вопросов, требовавших решения. Вопрос о природе выявляемых статистическими методами функциональных связей был предметом дискуссий. Действительно ли. выявляемые на кросскоррелгошотмх гистограммах гласи. отражают функциональную зависимость между нейронами, пли же они являются

показателями стхрогагеэции импульсной активности клеток за счет влияний, приходящих из подкорковых структур ? -

Уже имевшиеся к тому времени данные, сеид ет ель ствозали, что при обучешш- в микроструктурах и между микроструктурами нейроноз происходят соверше!шо различные процессы. Что лежит в основе этих различий? Какую роль играет а процессах формирования в коре функциональных структур, при сопершешш животными элементарных поведенческих актов, фактор расстояния между нейронами и группами нейронов?

Вопрос, как, формируются фу1п<циональные структуры нейронов в коре ¿бученных животных до применения сочетанных раздраже!шй и как они изменяются при совершении животными условнорефлекторкых реакций также требовал решения.

И, наконец, мы не знали как изменяется' при обучении сама функциональная ¿вязь между нейронами. Изменяется ли она от сочетания.к сочетанию 2 .Изменяется, ли.-ее временная структура, сила, стабильность? Для этого необходимо было исследовать динамику зависимых отношений между нейронами в процессе обучения. Все эти вопросы мы стали решать в рамках общей цели исследования.

ЦЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЯ.

Определить как организуются и взаимодействуют между собой при обучении нейроны и функциональные системы нейронов моторной коры кошек, на уровне Которых происходит анализ и переработка информации, сигнализирующей о Необходимости совершешш животным условнорефлекторной реакции. • •

ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1) Изучить изменешш, происходящие в функциональной организации нейронов /чоторной коры при погружении животных в легкий нембуталовый наркоз, т.е. в условиях ' нарастания дефицита неспецифических активирующих в.тияшш- из Подкорковых структур с целью определения значимости • этих влиянии для сетевой активности клеток.

2) Исследовать динамику функциональных связей между нейронами моторной соры. регистрируемыми на—фшссировагашх- расстояниях в пределах 600 мк при рмработке классического электрооборошггельного рефлекса на звук для выявления роли фактора расстояния в процессах формиройания функциональных структур при обучении.

3) Проследить в динамике закономерности перестроек функциональных связей нейронов-моторной коры на разных этапах выработки гапцедобывательного рефлекса ЦЛ время для вьшвлсшш особенностей оргаиизашш функциональных структур, /1е^сащих в основе условнорефлекторных реакций животных при обучении.

4) Изучить особенности распределения п реальном времени сопряженной импульсашш пре- и посташаптических клеток при разных формах и на разных стадиях обучения, используя для этого втор^тыи анализ кросскорреляцнонных пкггограмм. построенных при исследо5а!пш активности кеГфоноз моторной коры.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАЕОТЫ.

Вйеряые с ' применением методоз мультинейрогаон регистрации и кросскорредяш!с!шого анадгаа ароЕэдено [^следование пространственно-временном орпишзашш меашеиронных фунхшгошыьныг связен моторной коры при выработке

классического электрооборонигелького рефлекса на звук и птцедобывзтельного условного рефлекса на время. Показано, что по мере обучения увеличивается количество выявляемых статистическими методами футаашонглыщх связей между удаленными (в - пределах 0,5 мм) популяциями нейронов. Функциональные связи между ннмн становятся более интенсивными, более широко распространенными, приобретают двусторонний характер. Обнаружена приуроченность усиления взаимодействия между нейронами ко времени проявления условнорефлекторной реакции. Полученные данные свидетельствуют о том, что формирование мгяшейраиных функциональных структур при обучении - это развивающийся во времени и пространстве волнообразный многоуровневый процесс, в результате " которого происходи объединение отдельных нейронных популяций в единую констелляцию с установлением множественные прямых и обратных кйрзтколатенгакх связей, обеспечивающих быстрое активирование нейронных ансамблей как единой системы.

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ И ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ РАБОТЫ.

Теоретическое значение результатов работы состоит в раскрьшш интимных механизмов, лежащих в основе взаимоотношений клеток коры мозга, при образовании новых функциональных структур в процессе обучения. Выявлено, что вероятность возникновения функциональных связей между нейронами на разных стадиях обучения может зависеть от расстояния между ними. Показано, что успешность осуществления гасзотны>ш элементарных условнорефлекгорных реакций тесно связана с уровнем преаЙразовагаШ, произошедших в микроучастках проекционных зон коры, ответственных за совершение этих реакций, что является принципиально важным для понимания роли первичных клеточных объединений коры мозга в обработке поступающей к ней ннформашм- Обнаружено, что в результате выработки условного рефлекса качественно изменяются сами функциональные связи между нейронами, что свидетельствует о глубине преобразовало^, происходящих а центральных структурах при обучении.

В прикладном аспекте полученные данные и заключения, сделанные на их основе, могут быть использованы при чтении лекций по курсам высшей нервной деятельности и нейрофизиологии а мединститутах., и универ?1ггетах. Кроме того, материалы работы могут служить предпосылкой для дальнейших исследований сгруктурно-функшюкальной .организации высших отделов центральной нервной системы в электрофизнологических лабораториях.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ.

1. Формирование межненронньхх функциональных структур при обучении - это развивающийся во времени волнообразный процесс пластических перестроек функциональных связей между нейронами, происходящих как за счет появления новых, ранее не проявлявшихся межнейронных функциональных связей, так и за счет функциональных связей, сохраняющихся или возникающих как след функциональных структур, лежавших в основе предыдущих реакций жшоткых.

2. В следствие накопления медов предыдущих функциональных структур,, а также в результате проявления новых связей при обучении зависимые отношения между нейронами усиливаются, увелзггпвается их число и разнообразие. Увеличение числа и разнообразия функционал«.;«* сз.«ей между нейронами при обучении тем

1

5

значительнее, чем болъЕПгт! лзлязгтся расстопзпta между исследуемыми перзтгагыхя структурам!. • —' - -

3. Одно ):з Езетге$Ъггас условий сопергпегпгя точной условной рефлекторной реакции - вре:чл к которому ез"несбход!й-ю осуществить, фшюгруется в централькых структурах ужа посла с?.у,ых первые сотетагоп'г. Резу.тьгатс.ч обучения является образовать ко времени, зафшссировггшому в ЦНС, такой конфигурацией межнейронных связей, которая прстоднт к осуществлению условнорефлееторной

• реакция.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ.

Материалы диссертации доложены на XIY Всесоюзном съезде физиологов (Баку, 1983); на Ученом Совете Института экспериментальной бнолопш им. Ненцкого, ПАН (Варшава, 1984, 1988)', на секции Всесоюзною фнзиологаческога-общества.им. И.П.Павлова при АН СССР (Москва, 1985); на конференциях Института ВНД н НФ РАН (Москва, 1986, 1987, 1991, 1994); на IY выездном заседании Научного совета при президиуме АМН СССР, Научного совета АН и АМН СССР по физиологии человека "Механизмы повреждения и восстановления целостного мозга" (Иркутск, 1987); на рабочем совещании по теории и практике исследований, мулътинейронной активности (Лешшград, 19S7); на лабораторной конференции Института физиологии и биохимзш при университете г. Пиза (Италия, Пиза," 1989); на Всесоюзном симпозиуме "Нейрофизиологические механизмы обучешш" (Киев, 1991); ia совместном заседании лаборатории Общей фиэиолопш временных связей и лаборатории Условных рефлексов и физиологии эмоций (Москва, 1995).

ПУБЛИКАЦИИ.

По теме диссертации опубликовано 27 работ.

ОБЪЕМ И СТРУКТУРА ДИССЕРТАЦИИ.

Диссертация состоит из Л1гтературного введения, методики, 4 экспериментальных глав, обсуждения, резюме, выводов, списка литературы. Работа изложена на страницах машинописного текста, содержит • 8 таблиц,' 50 рису:ков. Список цитируемой .ЛитературьГвключает 24б"источшпсоз.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ. Эксперимент проводили на бодрству'4лшк; необездвиженных кошках весом от 3,0 до 3,5 кг. Все эксперименты проведены на кошках, у которых "рабочей" являлась правая лапа. В течение 2-3 недель, предшествовавших операции, кошки проходили адаптацию к условиям камеры а обстановке, махсимальпЬ приближенной к эхатер!Гменггльнон. Убедившись, что животное в достаточной степени привыкло к новым для него условиям, и. оказываясь в них, не испытывает никакого беспокойства, приступали к экспертентам. ВЫРАБОТКА КЛАССИЧЕСКОГО УСЛОВНОГО ЭЛЕ'КГРООБОРОНИТЕЛЬНОГО РЕОЛЕКСА НА ЗВУК (ЭОУР). При выработке ЭОУР на звук через динамик, находивипшея непосредственно над животным, в течешм 5 с с частотой 10 Гц подавали условный сигнал (щелчки). Сразу после прекращеши шелуха через жестко зафш<снрованные накладные электроды на переднюю л згу наносили 3 ударов тока пороговой силы с тон

• ям частотой. Интервалы мегаду сочетаниями вармгровали з пределах от 30 с -о ! .5 мин. хтя того, чтобы избежать выработки рефлекса на время. Проявлением рефлекса

а '

считали усиление миограммы стимулируемой лапы во время подачн условного етпгала. Миограмму фиксировали иа. одном из каналов мапеггофоиа. Быработаяным рефлекс -считали в том случае, если в течение одного опыта он проявлялся б 70-80 % прсб, угашенным - если при отмена подкрепления отмечали 3 тормозных реакцш1 подряд. ВЫРАБОТКА УСЛОВНОГО ПНЩЕДОБЫВАТЕЛЬНОГО РЕФЛЕКСА НА ВРЕМЯ (УРВ). При выработке УРВ подкрепляющий раздражитель (кусочки мяса) подавали регулярно через 2 минуты, и, чтобы брать их, копах* приходилось толкать непрозрачную шгсячуи шторку, закрывающую, расположенное на урозке ее груди, окно и стене экспериментальной камеры, за которым была скрыта кормушка. Моменты открывать шторки, механограмму грудной клетки животного, а также отметку времени фиксировал}! на самописце. Первые условные реакцш на Ерем ■ возшгкали после 10-30 предъявлений пищи. По мере упрочения рефлекса интервал между кормлениями распадался на два почти равных по времешпэтргзка, в кардан из которых коиш; вели, себя различно. Спокойные в течение первой минуты поме получения шали - фаза пассивного ожидания (ПО) - иа второй минуте они напрягались, сдерживали 1Ш1, наоборот, усиливали дыхгше и сосредотачивали все свое вкнмание на шторке, за которой находилась кормушка - фаза активного с задания (АО). Проявление» рефлекса считали вегетативные (изменение дыхания) и двигательные реакции животных в конце заданного интервала.

ХРОНИЧЕСКАЯ РЕГИСТРАЦИЯ МУЛЬТИНЕЙРОННОЙ АКТИВНОСТИ (МНА). Мультн-нейронную аетивность регистрировали монополярно з моторной коре кошек. Семь элеклр.одов из 50-мнкрокной ыихромовой проволоки (ПЭВХН-2. ГОСТ 85-98-69) склеивали в одной плоскости днхлорэтановым клеем и конец получившейся электродной плаепшки обрезали под углом 35-40 градусов. Подобное расположение электродов позволяло рассчитать удаленность их кончиков друг от друга и таким образом получить предстазлигие о расстсяшш мгхзу группами ¡-чего;;, аетишость которых реп1стр!фОзалась со время опытов. Так, ргссгоязшс по д'югенадл мехиу центрами наиболее удалешгых друг от друга электродов составляло 540-600 мк, по вертикали - 420. «к. Расстояние по диагонали мг;:оу. цапра.чл соседних злектродез достигало 90 ;с:; по вертикали - 70 кк. ' Сопрошвленнг активных электродов, расечстшшса иа прямоугольный ¿-тулье с частотой 1 кГц и. длительностью 0,4 ж, в сером веществе коры составляло 0,8 мОм..Индифферентные гле:сгроды прнготазлгхсг^п: из стальной проволоки диаметром 100 мк.

Операцию по юхнвленил электродов прсводнлзг под нсмбуталсвым наркозом. Наркопп: сводили внутрибрюшино из расчета 40 мг на 1 кг массы кошки. После того, как кошка засыпала, ее скальпировали 1! па тщательно счишшя:ой поверхности черепа протакрнлам закрепляли разъем, к которолу заранее припаивали семь активных и два шцнфферектных электрода. Индифферентные электроды помещали в гсости над лобной пазухой. Активные электроды поддали в заднюю екгмовндзгую извилину (корковое ■ представительство передней лапы - АР-25; 1.-9, по атласу мозга кошки Е.Нетозо-Зиагег) через 1,5-2,0 мм отверстие. Электродную пластинку орисилгросалн перпендшеулярно к саппталыши плоскости тша^! образом, чтобы угол среза плдспапш совпадал с утлой наклона клеточных слоев извилины. При гйкой сриеиташв! все электроды плаепшки прошюали в каддый из слоев тары почп: одновременно. Помимо расчетных данных, о местонахогхдонии кончиков электродов судили па мерфокентроли после окончания опытов с йасошым. Поиск нейронов, прекращали с получением усто1(чнвой МНА. как правою, на глубине 1500-1600 мк. Ести полученная МНА сохранялась, не претерпевая изменений, в течеше 40-60 мин. то свободную часть

электродной пластшпсн, а также псе пространство сс:фуг разъев фиксировали -цементирующим составом и операцию.. прекращали. После завершеим всех экспериментов точность попадашгя в представительство передней лапы устанавливали окончательно по вздраггаащно конечности на электросптуляцкю проекционной зс!01 через активные электроды н по' результатам морфокоитроля. Морфолопгческнй контроль, проводившийся в лаборатории морфологии Института ВИД и НФ РАН показал, что во всех случаях концы актнвггых электродов находились з 5-6 слое 4 поля •моторной коры.

При проведении контрольных острых опытов с пассивным сгибанием н электростимуляцией передней лапы кошки трахеотомию, скальпирование, трепанацию черепа и введение электродов осуществляли под хлоралозным наркозом (45-60 мг/кг). После проведения подготовительных операций, "аиоткых обездвиживали флакседалом - внутривенное введение в течение всего эксперимента по 1 мл (15 мг/кг) в члс, переводили на искусственное дыхашге н термостапфовали. Ректальнал температура ггггпопгых составляла 37 -39 С, концентрация СОг в выдыхаемом воздухе 3,9-4,2%.. Частота раздракетгй -0,5 Гц, ток при электрической стимуляции - 170 ккА, ллгтг.тыюсть прямоугольных юшульсоп - 0,5 мс. Опыты с пассивкым сгибанием лапы проводили до пзадетга флакседила. Способ регистрации электрической активности з острых опытах был абсолютно аналогичным тому, что пр!сиеиялн s хрошпеских зкеперимеотах. Стойкая МНА регистрировалась rea уровне 5-6 слоев 4 поля моторной ' коры. Все зарепгстрпрсвагоше нейроны отвечали на стимуляцию. Часть клеток, в основном, ге!1ер!фовапших'спайки высохсой а?отлнтуды, определял!! как пирамидные по отсетг.*! .на антндроягую спг>{улятапо пирамидных' путей на урозне перекреста. Позицию корковых элестродоз определяли гистологически.

При проведении хронических эгхперт-ияггов регистрацию МНА начшгалн, кат: правило, 11а 3-й дно. посла cnepr.inni. Амплитуда наиболее высоких импульсов на ггейрограммах от пзп:а до шка достигала к, в некоторых случаях, далее превышала 500 мкВ, значительно пресссходя атлтпуду щут.а. Как правило, активность удавалось а:реп:стр:грапаттэ 3-4 але:сгрод2:-П1 из 7. Дысг-стся скотного в кзмсре и пергмглд полы из создавали помех для записи МНА благодаря тому, что ?пишатюр:гыв катодные - повторители находились пепосргдсгсешго з - разъе^че • на черепе котки. В первых экспериментах (с выработкой классхгчгсгсого эяегсгрооборонительного рефлекса иа звук) для репгстрашп! МНА использовали усилгтсли УЗ ФИ, со всех последующих экспериментах регистрацию осунхестплялн с полотью 4-х усилителей миографа М-400 ("Медшсср" Венгрия) с полосой пропускать в диапазоне частот от 400 Гц до 20 кГц tt 4-х канального маппггофона "Нихон Кохден" (Япогпся) с усилителями. имеющими полосу пропускать з диапазоне от ЗСО-Гц дэ 5 кГц. В- экспериментах, по изучению дшамики фушщиоиалышх взаимосвязей нейронов моторной коры мозга кошек яри стимулянт* (прозедешау: о ПНР) МНА фиксировали непосредственно на диске компьютера "Кгстетсо.С".

В cep:nt опытов с некбугалезым наркозом ;:<1гаот!сых помещали в камеру и в течепге нескольких >пппгт регнстрировхти электроэнцефалограмму и МИД в состоянии бодрстЕ02Л1П£Я. Затем, ¡:г прерывая регистрации. кошкам внутрибрвшшшо »золили немвутал из рзечгта 15 кг/кг nr.ccii. МНА. и ЭЭГ регистрировали без перерызз з течение 1.5-2 чгсоз. га которые -.иеогноз протчдило все этапы погружения з наркотическое ссстсгл'п: блгпсконглтэ (3-я ...та после введения), ¡apymsüüe .лзигатальгаи координации (4-5-л минуты). глубогсуэ релаксацию я минуты), исчезновение. регсввчвего (когтзыхтакишэго) ргфл£:сса (8-Ю. 13-16-я минуты: после

п ■ I

<J I

18-й минуты), появление роговнчного рефлекса (перга 20-30 кзшут, через 1-2 чгса).

- Регистрацию прекращали .с пробуждением шшотнаго, началом ^второго считали появление роговичного рефлекса.

ДИСКРИМИНАЦИЯ ИМПУЛЬСОВ ИЗ МНА. Оконная даскрнминация. С помощью дискриминатора из каждой иейрограммы выделяли по три ряда игпгульсоз: ряд с наиболее высокой - Н-1, средней - Н-2 и наиболее низкой в записи - Н-3 амгслзгтудон спайксв. В момент пересечения пороговой линии дискриминатора задшсм фронтом негапгвных фаз спайков на выходе прибора формировались импульсы, поступавшие на входы ЭВМ для последующего анализа. Поскольку пороговая лития дискриминатора 5Емела ограничение по длительности равное 0,5 мс, сформированные импульсы возникали только на яретод спайкоа, имевших длительность 'гш>шг зтсго зкачешгя. Дискриминация спайков по форме. При выделешш из МНА импульсных рядов с учетом формы составляющих^ _нх спайков использовали щюграмму *со6;грателЬ спайков", натгсашсую в нашего гшсппуге П.В. Бух-Винсром и И.¿.Волковым, суть которой состоит в определена! количества нейронов в записи и палучешш для к^здого нейрона усредненного, очищенного от шума спайка-эталона. Согласно полученным эталонам анализируемая запись разб5®алась иа импульсные ряды. СТАТИСТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ИМПУЛЬСНЫХ РЯДОВ. На основе выделенных импульсных рядов строили гистограммы - кросскорреляшюшгае - ККГ и автокорреляционные -АКТ с шагом анализа (бином) - 0,5 мс или 1 мс a snoxofs анализа. 25 иди 50 мс соответственно. В процессе анализа для выявлашш возмо;к1шх влияний на нейроны общих нсточюжов гистограммы строгий с шагом 5-10 мс. Поскольку длительность сформ1грованного импульса, поступазшего на вход ЭВМ составляла 0,2 мс, то при анализе импульсов, вндглезагых из детой и той же нейрограммь!, кмегшо эта величина составляла "мертвое" время на ККГ. При аналзгзг импульсных рядов, выделенных из разных, одновременно зарегестрировапзшх, кейрогргмм "мертвее" гремя на ККЗГ отсутствовало. Лля калеюй ККГ Еьгчисдглгсь ергднял величина накопления импульсов. Импульсные ряды нейронов считала статистически зависимыми (палнчиг функциональной связи ме^ду кейроЕгмл), если пики па гастсяргнн2х,.воз1ЕЕсгз1Ш1е, как правило, в 3-4 бггззлх, были иееиммгтрячктш и выходили за предел доверительных границ в. 3 сигмы, (вероятность 0,997). Доггр;ггель:ша границы .вычисляли по формула Д'=п+3 v'nr гдо а - ергдиег чх:=ло пазкзплежй в каздом б;з:г гистограммы.

Зону коры, axnaasocn» нгйроноз которой ршгетагрохлли одним электродом, определяли как. мшфоучасток, a нейроны называли бдгшгззнцими. Нейроны, регистрнруемые "разными электродами. шзьпшля ЕзаимоудазеггпьУЕг. Анализировали сойместную-аютшюсть-как игГгроног огкх и тех гсс мзпфоучасткоз. так и кеГфОНов. входивших в различные "мзегрэучастхи кора. Саст&гу из нескольких микроучастков соответственно считали макроучастшм.

В работе по шучгшт дкнкагж фушошаналыгых взаимосвязей между нейронами моторной коры мозга при стемуляшш лапы получешше дашше также обрабатывали с использованием методов кросскорреляшюниого ааалдаа. Программа обработки была написана одним из авторов применешолх мгто!ов - Г. Герпггашом (Perkel, Gerstein, Moor 1957). Для каждой игры импульсных рядов строили гистограммы с шагом анализа от 0.2 до 15 пс. Каждую из ККГ проверяли с помощью кросскоррелограммы с предиктором, при построении которой оддт из импульсных рядов сдвигали во времени откосительг.о другого на период стимуляции. Благодаря такому сдвигу нормальные временю отношения . между рядами нарушались и

корреляция, обусловленная активностью нейронов в сети, не обнаруживалась. В то же время синхронизации-импульсных-потоков, обусловленная стимулом, сохраняласьт поскольку величина сдвига была равна одному периоду стимуляции. Иначе говоря, провалы и пики, выявленные на "обычной" ККГ и исчезающие на ККГ с предиктором, служили показателем межнейронных взаимоотношений. Провалы и пики, обнаруживаемые и на "обычных" гистограммах и на гистограммах с предиктором указывали лишь на то, что нейроны меняли свою активность вследствие действия общего для них стимула.

ОБЪЕМ РАБОТЫ. В опытах с исследованием МНА при наркозе было использовано 9 кошек, исследовано 99 нейронных пар (45 близлежащих и 54 взаимоудаленных) и построено 1188 ККГ. Столь значительное количество ККГ объясняется тем, что для всех нейронных пар ККГ строили на каждой из 6 исследованных стадий погружения . шщэтного в. наркоз. ......... ....

В экспериментах с классическим электрооборонительным рефлексом на звук было использовано 5 кошек, исследована 361 пара нейронов (137 пар близлежащих и. 224 пары взаимоудаленных) и построено 1800 ККГ. В экспериментах, связанных с изучением функциональных взаимосвязей между нейронами при электростимуляции и пассивном сгибании лапы было использовано 7 кошек. Проанализировано в фоне 252 пары нейроноз (36 пар близлежащих и 216 пар взаимоудаленных), • при электростимуляции - 140 пар нейронов (20 и" 120 соответственно), при пассивном сгибании - 84 пары нейронов (12 и 72 соответственно), всего построено 952 ККГ.

И, наконец, в-опытах с условным пгацедобывательным рефлексом на время было использовано 12 кошек, из которых б были контрольными и у 6 вырабатывали УРВ на 2-х минутный шгтервал. Всего у необученных животных в этих опытах было исследовано 138 нейронных пар при анализе активности близлежащих нейронов и 243 нейронные пары при анализе активности взаимоудаленных нейронов. У обучавшихся животных соответственно 219 и 396 нейронных пар. Построено у необученных 276 ККГ при исследавашш активности близлежащих и 876 ККГ при исследовании активности взаимоудаленных нейронов. У обучавшихся соответственно 432 и 1056 ККГ.

Всего в этой работе было исследовано 1950 нейронных пар и построено 6865

ККГ.

МУЛЬТИНЕЙРОННАЯ АКТИВНОСТЬ И ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ МККНЕЙРОННЫЕ СВЯЗИ В МОТОРНОЙ КОРЕ МОЗГА КОШКИ В ПРОЦЕССЕ РАЗВИТИЯ НАРКОТИЧЕСКОГО

СОСТОЯНИЯ

Ввиду того, что одним из главных методических приемов, который- мы использовали в данной работе, являлся метод одновременной множественной регистрации'"мулътинейроиной активности, крайне важное значение л ля нас приобрел вопрос о функциональной структурированности нейронов, регистрируемых нашими Электродами. Представляют ли собой группы клеток, регистрируемые отдельными электродами нашей пластинки, равноценные скопления едшши. либо это все ;ке локальные объединения различных по размеру и по своим функциям клеток. Многочисленные литературные данные дают основание полагать, что нейроны, генерирующие в МНА спайки разлгчнои амплитуды, являются клетками разного размера (Henneman 1957. Hermemaa л. al 1965. Oafny. Gilman 1973, Маняшш с соавт. 1979. Гасанов 1986. Syka et. al. 1931. Вебер с соавт. 1982. Жадин с соавт. 1986). что в свою очередь, предопределяет их функциональную неоднородность. Во всяком

to ,

случае, хорошо известно, что сетевые свойства нгйронаа, импул¿скыг ряды которых выделены из МНА, как правила, тесно связаны с is амплитудными .хграктсрнспасгмн (Аладжалова с согвт. 1969, Гасанов, Галадпша 1975, Гасанов с coairr. 1979, Ггсаков 1981-1992," Богданов, Галанпша 1981, Галаппша и Богданов. 1954, 1205, Рапопорт, Силькнс 1983, Гасанов 1986). 'Однако для того, чтобы составить хотя бы приблизительное представлеш(е о иерархической структуре системы, деятельность которой предстоит анализировать, ее нужно заставить "работать", для того чтобы разные элементы этой системы проявили свою функциональную неоднородность в условиях сетевой активности. Кроме того, представлялось интересным выяснить степень сохранности в наркозе (в некотором смысле степею» зависимости от активирующих влияний из подкорковых структур) функш::;> альиых связей мелсду идентифицироватшми по амплзггудньгм характерисппсам нейронами.

_ Одшгм из возмояашх_ способов _решеш!Я_ задач подобного _ рода является реп!страция МНА при легком неибуталовом наркозе, при котором, кал юиаши, снижается приток неспецифнческих акпшгфующих влзшош к коре (Monizzi, Magoua 1949, French et. al. 1953, Батрак с coairr. 1979) и, таким образом появляется возможность последовательно рассмотреть как функш:о:пгруют корковые нейроны в условиях усилзшающегося дефицита активирующих влияшй из подкорковых струкур.

Используемые в данной ссрш: опытов небольшие дозы нембутала (15 >£г/кг) позволили на относительно коротком отрезке времени (1-1,5 часа) проелгдшъ все фазы пзркот!гческого состояшю. Появляющиеся на определешюй сталш наркоза групповые разр ад импульсов во всех микроучастках возшгкали сглхрошш, но импульсный состав (наличие в группе спайков разной амплдгтуды) и време!шая структура групповых разрядов в кахедом из микроучастков былз; раз.-пгчными. По мере усиления действия нембутала волнообразные изменения средней частоты всех нейронов, зарегнегрнровагшых внутри мшсроучаспг.оз, в 42 % случаев были абсолотно ашергнчными на всех стадиях наркоза к в 58 % случаев одни из трех нейронов на какой-либо из стадий наркоза мог показывать изменение частоты решшрокное по отношещт к остальным клеткам этого" участка. Частота ¡¡мпулъсашиг нгйроиоз, зарап1стр!фовашшх в раздпшых шофоучастках, изменялась рештрохно. В 30 °Л случаев рещтрокные изменения. .ш-шульсации отмечали у всех 6 нейронов, рсп1стр!фуемых одновргмёшго двумя электродами, на всех стадиях наркоза и в 70 °£ случаев на отдельных этапах пзгружегеш ждшо-пых в наркоз. Зтн да;с;ые позволили нам предположат., что при 'множественной регистр ац;ш МНА ка^глым электродом пластины отводится активность локальгшх груш клгтс:с, имгющпх разную чувствительность к наркозу. • "

Колзгчество функциональных связей внутри микроучастков, при погружении животных в наркоз, осталось практически неизменным (3l°i вместо 34%), но произошла значительная перестрой» их цадравлаинали. что хрнвало к существенному изменению их дивергентных и ко:п;ергектных свойств. Между нейронами, входившими в состав различных мгасроучастков, произошла не только полная перестройка функциональных связей, но и достоверное сшишше их общего числа с 7 до 4 % (достоверность по icpirrepitio <р р^0,02). Сохранность в наркозе значтелъного процента функциональных связей между нейронами внутри михроучасткоз является показателем того, что эти связи не находятся в абсолютной зависимости от акпшнрующих влияний, идущих из подкорковых структур. Функциональные связи между нейронами, входящими в состав различных микроучасткоа, в какой-то мере такую зависимость

испытывают. Дютамика функциональных связей в наркозе свидетельствует о том, что oini являются тошаот 'ккппсатором изменегай, происходящих в состоянии животных.

ПЕРЕСТРОЙКИ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ СВЯЗЕЙ ПРИ ВЫРАБОТКЕ ЭЛЕКТРООБОРОНИТЕЛЬНОГО УСЛОВНОГО РЕФЛЕКСА (ЭОУР).

В большгагствз работ, проведенных с применением методов микроэлектродной •регистрации я специальных методов статнсшгческой обработки получаемых данных, исследовалась одновременная .активность нескольких нейронов, зарегистрированных либо в одной и той же, либо в разных проекцногашх зонах коры, лз!бо в коре и подкорковых структурах.(Renaud, Kelly 1974, Якупсва с соавт.1979, Kirkwood 1979, Ebner, Bloedel 1981, Гзлашзша, Богданов iSSi, Богдмгез 1981, Мержанова с соавт. 1981, Жадан с соавт.1936, _Павлога 1990) Такая одновременная регистрация уже изначально предполагает калзстне фактора рассто.тггхя, который неизбежно должен з.тпть tax гга степень перо.тпгссгк зозшпсновегсня корреляции между исследуемыми клетками, так я на хзрз:стер функциональной оргг'гкзгццл нейронных сбьедикешш и на ее структуру. Однако специальных исследований пространственной организации (Ьушалй множеств:*.,'одновременно 3aper;!crp!:¡rc~ainiii^ нейроноз не так уж много и в болышшстве из :пгк ргссматркгаятсл либо мг^оюлуиггрные взаимодействия, либо стру:~/ра взаимосвязей между нейронами различны:: проегаскиппых зон одного ¡t того 'же полушария (Мержакога с' ссг.тг. 1981, 1SC-3, 193G, 1991, Павлова 1984,1986,1390). Мм етнтвем. что .нсследспе'пте -S-::гс" сргг.:п:зг.ц:::1 нейронов, расположенных в пределах иебольцпгх микроучастксз корн (ст 50 до ООО ;п:м), прозедешюе с учетом фактора расстояштя, может быть очлгтэ гтолгз::ь:.'¡ длл отпета iia несколько вопросов: как влияет 1зза1тмоуд?лс1ПЕОсгь нейронов на их способность устанавливать взаимосвязи, какие свойства нгйрсноа являются олределлкта^ч:! при оргшшзашш .функциональных объединений раздгц'.сго порядка, п, соответственно, какуп роль эти свойства играют в дальнейшей трзясфорнярэт ткзп: сЗг здг'ле.'сгл при тгг.спхой работе мозпь

Исследован;:» ¡сросскоррел.тщ'.окгл:!:; . отногпь-.пл импульсной активности нейронов моторной корм, р?.сположе:пп:п; в одни:: и тех мнкраучастках, а также на рлестолтп'.тх . 1Е0, 270,. 450 мк друг от друга, ¿о обучения и яри выработке обсрошгтелыгаго условного' рефлекса показало существегаюе значение.. .фактора расстояютя в структуре сргакиэгцзп функцнопалыгах связей между нейронами, возникшей при обучении. Проведенный до выработки условного рефлекса анализ импульсной активности нейронов моторной коры кошек показал, что чем далее расположены друг от друга нейроны, тем меньшей стансвется вероятность выявления функциональных связей между ними, меньшее колзиесгво вариантов связей удается обнаружить, слабее становится выраженность связен, зачастую увеличивается латентный nepusj их возникновения. При этом гсроятность обнаружения или необнаруження функциональных связей между нейронами зависит от того, активность каких типов клеток анализируется.

Между клетками, за'репкггр^ованныкн внутри м::кроучасткоз коры, до выработки условного рефлекса процент зависимых отпощеши был наиболее i шлю im в тех случаях, когда рассматривали влияния нейронов Н-1 из nsupoim Н-2, нейронов Н-2 на нейроны Н-1 и нейронов Н-3 на :":'фО!Ш H-t. г'работка услозного рефлекса значительно угНтнчтаала процент зависимых othqkcl «Л г? этих парах, ¡со одновременно заметно скнжала его а ядрах Н-З-Н-2. H-Í-H-3 и Н-2-Н-3. з результате чего чбииш процент встречаемости

функциональных связей между нейронами коры внутри мккроучасткот при обучении почти не изменился и даже чуть снизился (табл. 1). Можно заметать, что из первых трех вариантов связей - два отражают влияние нейронов с более низкой амплитудой спайков на нейроны с более высокой амплитудой спайков, т.е. - на нейроны Н-1. Из вторых трех вариантов - два отражают влияние нейронов с высокоамплитудной спайковой активностью на нейроны со спайками низкой амплитуды, т. е. - на нейроны Н-3. Из этого можно заключить, что если до обучения возбуждающие влияния внутри микроучастков чаще были направлены от нейронов с высокоамплитудной спайковой активностью к "низкоамплитудным", то у обученных животных значительно усиливались влияния противоположного направления - "низкоамплитудных" нейронов на "высокоамплитудные". Разумеется, это только общая закономерность, выведенная на основании большого статистического материала, в каждом отдельном случае варианты функциональной организации нейронов внутри микроучастков могли быть любыми. При угашенки влиянияТ которые в фоне отмечались чаще,-вновь несколько актив1гровались, за исключением Н-1-Н-3, а влияния, активировавшиеся при обучении, ослабевали. В результате, процент встречаемости большинства из рассмотренных вариантов межнейронных связей представлял собой на этой стадш! обучения нечто среднее между тем, что мы наблюдали у обученных и необученных животных.

Таблица 1

Частота обнаружения связей между близлежащими нейронами до обучения и.при обучгнии.

Заркакты межнейронных связей Процент зависимых отношений

до выработки УР после выработки УР после угашения

Н-1 - Н-2 10 26 16

Н-2 - Н-1 10 19 16

Н-3 - Н-1 10 13

Н-1 - Н-3 52 33 24

Н-2 - Н-3 31 26 39

Н-3-Н-2 26 (3 16

За 100% принимали все ККГ, построенные при анализе каждого из вариантов межнейронных функциональных связей.

Варианты функциональных связей между взаимоудалгнными нейронами и частота их встречаемости у необученных и обученных кошек представлены в табл. 2.

Видно, что у необученных кошек встречаемость возможных вариантов связей уменьшалась с увеличением расстояния между группами клеток. В случае, когда расстояние между группами составляло 180 мк, отмечали семь вариантов связей.*-При расстояниях в 270 и 450 мк отмечали только по четыре варианта.

При обучении животных именно при таких расстояниях число вариантов значительно возрастало: все возможные варианты (девять) отмечбны при расстоянии в 270 мк и восемь вариантов - при расстояюп! в 430 мк. Иными словами, когда расстояние между группами клеток составляло 270 мк. у обученных кошек спектр межнейронных взаимодействий, в рамках, предоставляемых нашими методическими возможностями, был полным. Из таблицы видно, что если до 'выработки рефлекса варианты связей, отражавшие влияния любого типа, нейронов (Н-1, Н-2, Н-3) на нейроны Н-1 мы отмечали только в тех случаях, когда расстояние между электородами составляло 180 мк. то после выработки условного рефлекса почти все такие связи отмечали в основном при расстояниях 270 и 450 мк. При расстоянии ISO мк отмечено только 5°» связей такого типа и только в тех случаях, когда нейроны Н-1 испытывали на себе влияния нейронов Н-3. Более того, чем большим было расстояние между

нейронами, тем выше был процент связей между ¡тми. При уташеннн эта тенденция нарушалась. 'Указанные варианты связей вновь отмечали в основном при межэлектродных расстояниях равных 180 ж. Исключение составлял только вариант Н-1-Н-1. Увеличение числа связей в соответствии с расстоянием меииу нейронами коры обученных кошек было характерно н для всех обратных вариантов, отражавших влнягашя нейронов.Н-1 на нейроны всех типов (Н-1, Н-2, Н-3).

Таблица 2

Частота обнаружения «язей между нейронамн до обучения и при обучении в зависимости от их удаленности друг os друга (%).

Варианты межнерон-ншс связей до виработкн УР | после выработки УР | после угашения УР

расстояние между ней ронами (мкм)

160 270 450 180 270 •450 180 270

Н-1 - Н-1 20 23 . ■ 50 8 50

Н-2 - Н-1 13 16

Н-3 - Н-1 10 5 23 16

Н-1 - Н-2 12 12 б 13 16

Н-2 - Н-2 12 25 25 16

Н-3 - Н-2 19 46 16

Н-1 - Н-3 20 25 50 11 47 83 8 16 ■

Н-2 - Н-3 12 12 25 25 13 16 33

Н-3 - Н-3 20 25 25 16 23 50 8 33

Н-1 - Н-2 и т.д. - направления влияния во всех случаях слева направо. За 100% принимали число ККГ, построению; при анализе зависимости импульсных потоков для каддого отдельного случая

. Изменение ксдфягурдшш сзлзей з фипсцноиа.'аиых нейронных структурах перед услсвнорефлекторной реакцией могло происходить как за счет появления новых, ранее не отмечавшихся связей, так и за счет связей, остававшихся или возникавших в виде следов от лредшествовавпвпс сочетаний. Перестройки функциональных яезнейроиных связей не показали четкой коррелящш с изменением средней частоты :гп1ульсашш клеток.

Ни эласгроспгмуляцияГ ни пассивное сгибание лапы ¡животных._не_вызывали пгменешй в нейронных системах подобных тем, которые мы наблюдали при изучении условнорефлектсрных реакций. В частности, нами не отмечено достоверного увеличения числа функциональных связей между нейронамн в ответ на примененные гоздействия. Не была обнаружена и тенденция- к увеличению числа функциональных связей меясду нейронамн в зависимости от расстояния между ними. Влияние общих источников на нейроны коры, как правило, обнаруживалось только на наркотизированных или обездвиженных животных, при этом общие источншш, существенно меняющие характер нмпульсации нейронов, не оказывали влияния на вероятность возшпсновения или невозникновения прямых функциональных связей меасду клетками одних ц тех же, и различных микроучастков коры.

Таким образом, проведенные при обучении исследования сопряженной' активности клеток моторной коры,"расположенных на разном расстоянии друг от друга а пределах 0,5 км, выявили существенные различия в функциональной организации

межнейронных связей между 6лизлежащ1!мн н взаимоудаленкьши нейронами, зачастую связанные с амплитудными характеристикам!! их сиаиков. Показано, что при выработке ЭОУР в "микроучастках коры происходило парораспределение межненронных связей, тогда как, меаэду нейронами различных мнкроучаспсоз -увеличение их числа - тем большее, чем больше расстояние между клетками.

ПРОСТБАНСТВЕННО-ВРЕМЕННАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ СВЯЗЕЙ МЕЖДУ НЕЙРОНАМИ МОТОРНОЙ КОРЫ ПРИ УСЛОВНОМ РЕФЛЕКС:; НА ВРЕМЯ (УРВ).

Эксперименты, результаты которых яр]шедены б предыдущей главе, показали, что функциональная оргаш!зация ненроноз моторной коры при обучении претерпевала существенные изменения, тем более значительные, чем дальше друг от друга были расположены исследуемые клетки. Однако для потачают природы этих перестроек, "для пошмания основных закономерностей организации нейронов коры в функциональные структуры недостаточно одной .ищи, констатации фаета иаличня определенных различии в конфигурации функциональных связей ма;.;ду иеГфогамн коры необученных ¡1 обученных животных. Для того, чтобы понять эти закономерности, необходимо выяснить какие процессы происходят на уровне отдельных нейронов и на уровне нейронных объедзшешш по мера формирования условнорефлекторной реакции. Кроме того, валено выяснил», являются -ли обиаружешше нами изменения специфичными только для одной формы, обучения или же они вообще характерны для нейронов и пгГфошсцх структур обучающегося мозга.

Удобной моделью для изучения пршпишоа оргагаиации иенролоз коры мозга ■ животных в функциональные объедшгенйя является условный рефлекс на время (УРВ). Экспериментатор имеет возможность произвольно выбирать длину хсестссо фикпфовашюго интервала между моментами подачи раздр'ахезгтелей, исхода из особенностей поведения животных и задач дальнейшей обраболш информации (Воронин Л.Г. 1951, Гребешаша 1939, Атгев 1965, Дмитриев 1965). Деление условноре'флекгорного шггерзала при этом рефлексе на дзе фазы (Павлов 1951, Кочигина 1958, Дмитриев 1968, Шуралев, Мухин 1975, Богданов, Галалита 1337, 1994, Галашина, Богданов 1989, 1992) дает возможность исследователи анализировать активность одних и тех же клеток при двух формах поведения животного. Таким образом, в ■ сравнешш , изучаются различия между функциональном организацией нейронных структур в фоне, в пассивной (ПО) и активной (АО), фазах УРВ. Не вызывает сомнений, что сам отсчет времени может происходить и на отдельных нейронах, во всяком случае, это подтверждается работами конца 60-х - начала 70-х гг., связанными с исследованием УРВ на клеточном уровне (КопытоЕа, Рабинович 1957, Соколов 1969. Копытова, Куликова 1970,, Воронин Л.Л. 1971, Кольцова, Медшпсова 1972, Рабинович 1975 ). . Однако вряд ли можно возразить дротш; того, что организация целостной реакции, приуроченной к концу заданного временного интервала, есть результат системной деятельности нейронов, для понимания которой необходимо проведение исследования мультииейрониой активности.

При.выработке условного рефлекса на время у кошек по поведечгским реакциям (в самом конце заданного двухмзшутнгго интервала) различали три формы его проявления. УРВ(А) - урежение дыхания и уменьшите его глубины, нгчзаишлюгея из ранее, чем за 20-30 с до конца фазы АО УРВ в тех случаях! когда котка в всего 2-х мзшугного изгтервала придер:хмша шторку открытой или. надрагиз, на открызала.ее и опаздывала с открытием ко сремеии подачи мяса. УР^Б(Б) - унащеш» дыхания и увеличение его глубины, начинающееся также не ранее, чем за 20-30 с ДО

конца фазы АО УРВ и в тех :ке ситуациях. УРВ(С) - точное открывание шторки не ранее, чем за 15 с до подачи мяса при условии отсутствия межсигнальных движений на протяжении всего условного интервала. Все три формы проявления УРВ можно было отмечать на одном и том же животном в течение одного опыта. От опыта к опыту ссотношеш1е разных форм проявления УРВ а экспериментах менялось. Так. сслн в самом первом опыте (усредненные данные по 5 котам) УРВ(Л) отмечали в 20.3% случаев, УРВ(В) - в 15,8%, а УРВ(С) - в 17,8 /в, то в последних опытах нто соотношение меняло:УРВ(А) отменили уже только в 2,5% случаев, УРВ(В) - в 11°. и УРВ(С) - 51,6'.. Средняя частота нмпульсашш составила для нейронов Н-1 -13^0,85 тот/с, для нейронов Н-2 - 1б±1,33 имп/'с и для нейронов Н-3 - 26-! ,18 шпт/с. В фазах ПО п АО УРВ эти значения различались несущественно.

Для оценки активности отдельных нейронов использовали анализ текущей частоты имлуяъеащш за каждые 2 с в течение всего двухмннутного интервала. Измеиешге?! частоты нмпулъсацкн считали двукратное (по отношению к среднему значению, высчитанному для всего исследуемого интервала) увеличение частоты шптульсашЕН з кгнем-либо из двухсекукшплх отрезков. При всех трех формах проявления УРВ отмечхта тоническое опережающее изменение текущей частоты " ¡пту.тьсацни отдельтсых нейронов. У нейронов, генерировавших в мультинейронных записях спайзся наименьшей амплитуды, такие изменения наблюдали чаще, у нейронов ' с высокой амплитудой' спанкоз - реже. Процеот нейронов, изменявших частоту иушуяъезшп! зависел от формы проязлешш рефлекса. При УРВ(Л) эти изменения отмечали только а 3, при УРВ(В) - з 19 и при УРВ(С) - в 39% случаев от всех неелгдекааплх.

Нпдзкядуальные свойства нейронов, импульсная аоттаность которых изменялась з течение Експер:с!е!гта, могли оказывать влнлше на особенности их сетевой де.тге.ть.::ссти. Так, фу.пашонаяьше связи несколько чаще отмечали, между нейронами, текущая частота шгяульсащш которых изменялась ("реактшзные" пары) и реже между кейронглн, текущая частота пэтерых не изменялась ("ареактнвкые" пары) при выполняет липзогсяым дзн.же!шн. Между близлежащими нейронами функциональные связи' отметили з 25% "реактзшных" и з 21% "ареактивных" пар от всех лроапзлнзировгшшх. Достоверность различия р^0,02 по критерию р. Между гзапмоудалеиишш пейрона'гл - 16% и 5% соответственно. Достоверность р^О.002 по ¡ернтершо ф. В то же время увел!гчеш!е процента зависимых отношений в фазе АО УРВ происходило в большей стелет! за счет связей возникавших в "ареактивных" гтарах.__При исследовашш близлежащих нейроноз_ поят1лс!те_ новых функциональных связей в фазе АО по сравнению с фазой ПО было отмечено в 16% ареактивных и 5% регкпетшх пар. У взаимоудалешшх нейронов в 9% "ареактивных" пар появились связи не отмечавшиеся в фазе ПО, а в группе "реактивных" пар количество функциональных связей уменьшилось на 3%, что привело к почти полному выргвшаггашю процента связей в каждой из групп близлежащих и взаимоудаленных нейропез то второй половине условнорефлекторного интервала. Процент изменчивости связей был выше в парах, включавших в себя нейроны, изменявшие текущую частот)' нипульсашш.

Рисунок функциональной организации нейронов (табл. 3) был различным при всех трех формах преявлешея УРВ, а также в фазах ПО н АО каждой из форм.

Таблица 3

Процентное выражение'зависимых отношений между близлежащими и между взаимоудэлен-ными нейронами моторной коры у необучазшнхся и обучавшихся кошек.

БЛИЗЛЕЖАЩИЕ ВЗАНМОУДАЛЕННЫЕ

ТИП связи К форма проявления УР ТИП связи К - форма проявления УР

УРВ(А) УРВ(В) УРВ(С) УРВ(А) УРВ(В) УРВ(С)

Н-1-Н-1 4 С 1— Т20.8*"

Н-1-Н-2 19.6 Т32.5" Т23.9 Т53.3*'* Н-1-Н-2 5.6 13 Т12.5 Т23.6***

Н-1-Н-3 80.4 457.5'* -52.1** Т95* * Н-1-Н-3 22.2 114 15" Т30.5

Н-2-Н-! 10.9 10 -2 ТЗЗ.З" Н-2-Н-1 6.2 13 Т15 Т16.6

Н-2-Н-2 18 16.2* 112.5 112.5

Н-2-Н-3 67.4 ¿45.6* 163.3' Н-2-Н-3 13.9 17.8 Т17.5 Т19.4

Н-З-Н-1 13 Т17.5 Г-10.8 ' ' Т26.6 Н-З-Н-1 ' 11.1 ' . 11.5*** 15 Т18

•Н-З-Н-2 2.2 Т15 ' Г6.5 Т18.3" Н-З-Н-2 2.7 11.5 Т5 Т6.9

Н-З-Н-З 12.5 11.5" 12.5 Ш.1

К - "контроль; стрелки вверх - увеличение числа функциональных связей данного варианта по сравнению с контролем; стрелки вниз - уменьшение. За 100% взято общее число ККГ для каждого варианта связен и при каждой форме поведения отдельно, у обучавшихся животных - сумма ККГ за фазу ПО и АО. Достоверность по критерию ф •*• - р"^0,01, *" -р£0,05, *ч-р30,1.

Три формы, проявления УРВ отличались между собой по проценту встречаемости и разнообразию вариантов функциональных связей, как внутри микроучастков, так и между микроучасткаик коры. Наименьшие разнообразие вариантов'и процент встречаемости функциональных связей отмечали при УРВ(А), наибольшие - при ^РВ(С). Более высокий процент встречаемости функциональных связей между нейронами при УРВ(С) возникал с одной стороны за счет накопления межнеиронных функциональных связей, сохранявшихся в виде следов от изменений, произошедших в нейронных структурах при "предшествующих пробахГ с " другой" стороны за счет сложных перестроек, происходивших на протяжении каждого, условнорефлекторного интервала. Анализируя эти перестройки, мы различал^ связи стабильные ■ встречавшиеся как в фазе ПО, так к в фазе АО« 12 нестабильны* * встречавшиеся либо только в.фазе ПО, либо только в фазе АО. В контроле количество мнкроучастков, в которых все функциональные связи были стабильными на протяженш нескольких минут, достигало 80% и не было обнаружено ни одной пары микроучастков, между нейронами которых в течение этого же времена все связи был» бы стабильными. При УРВ(А) число микроучастков, внутри которых все связи между нейронами обнаруживались как в фазе ПО, так и в фазе АО, снижалось до 50%. Число макроучастеов со стабильными связями между нейронами, наоборот, повышалось почти до 40%. При УРВ(С) почти во всех микро - и макроучастках появлялись нестабильные связи. То есть, разгаща в числе выявляемых функциональных связей между нейронам» в фазах ПО и АО УРВ формировалась за счет нестабильных связей. Стабильные же связи могли изменяться по силе. ^

Таблица 4

Просе:гтог выражение зависимых отношений между близлежащими и между взаимоулален-мыу.1! нейронами моторной коры обучавшихся кошек в 1 и 2 половиках условнорефлекторного интервала.

БЛИЗЛЕЖАЩИЕ ВЗАИМОУДАЛЕННЫЕ

ТИП связи ООРМА ПРОЯВЛЕНИЯ УР ТИП СВЯЗИ ООРМА ПРОЯВЛЕНИЯ УР

УРВ(А> У?В(В) УР8(С) УРВ(А) УРВ(В) | УРВ(С)

ПО АО Mi: АО ПО АО ПО АО ПО АО ! ПО АО

Н-1-Н-1 3 3 — — 28 .11

Н-1-Н-2 35 ¿30 22 Т25 46 т«о Н-1-Н-2 3 3 5 Т20 19 •23

Н-1-Н-3 55 ígo 48 Т56 93 197 Н-1-Н-3 6 Т22* — ПО 28 ГЗЗ

. Н-2-Н-1 _5. Т15 — Т4 16 Т50~ Н-2-Н-:.. 3 3 . — ТЗО" 14. tl9 .

Н-2-Н-2 3 Т9 15 МО 14 ¿11

Н-2-Н-3 25 Г25 43 Т48 5S Т70 Н-2-Н-3 12 13 10 125 И т28-

Н-З-Н-1 15 )'20 4 tl7 13 Т40" Н-З-Н-1 -- ТЗ — ПО 17 f 19

Н-З-Н-2 10 1 Г20 — tI3- 10 Т27- Н-З-Н-2 3 i— — 1 МО И .3

! Н-З-Н-З 3 1— 10 ! м5 3 *14

Стрелки вгерх - увеличений числа связей в фазу АО по сравнению с фазой ПО, стрелки вниз - уменьшение числа связей, за 100% - число ККГ для каждого варианта связей я при каждом типе поведения отдельно (данные округлены до целого числа)

Силу взаимодействия между кейроками определяли по отношению чиста !С4пульсоз з пике па 1С1СГ к общему числу импульсов постсинаптического нейрона, огрегасгр:фсгашых на протяжении фазы ПО или АО. Для сдагсп изменении сш стабильных- саязей мгясду г:гйрока?П1 бьглл отобраны только те случая, з которых из ККГ шос иабладался как з фазу ПО, тая и в фазу АО. ИзменешЕыми счзпадп только те связи, в которых показатель -силы уггянпвался или уменьшался не менее, чем з 1,3-2 раза. Следует отметать, что пзменегввз силы сзязп несколько чаще наблюдали в парах с удаленными друг от друга и рг™з близлезхащзшл неГгронами. соответственно 33% и 24% . Если з парах с взшс!оудале!паг7агнейронами чаще наблюдали yciuemie и реже ослаблеше ош связи (22% и 11%), то в парах с близко расположенными нейронами. нанротиз, pj:re К2.бл2эдали усилегще и чаще осдаблегие силы связи (9% и 15:;).

Фзгы АО УРВ- отличались от фаз ПО УРВ большим числом и гаюй жнф!пур£ШЕгй расяределгшя фуикшгояалышх связей (табл. 4):

В фазе АО кпблазадя уЕедичетшг числа связей и решптрокность в изменениях ссярспзетюЗ р-ботп пейргооз соседшпс мнкроучастков, появлеш1е функциональных связей мглду мшсроучасгками, структура связей между нейронами которых могла не изменяться. Прирост числа функциональных' связей между близлежащими н взгимоудаленными нейронами при разных формах проявления УРВ был различным. Степень увеличения числа сплзен мёжду нейронами п фазе АО по сравнению с фазой ПО была наименьшей rtpft УР0(А) (fta 1-2 связи в каждом микроучастке), и наибольшей при УРВ(С) (до 7 связей). Процент мнкроучастков. в которых происходил прирост функциональных связей в фазе АО был также наиболее высоким при УРВ(С). Так же как и при электрооборонительном рефлексе, при УРВ (в фазе АО по сравнению . с фазой ПО) внутри мнкроучастков з большей степени

активизировались "выходы" нейрокоз, генерировавших cnafaat. меньшей и "входы" нейронов, генерировавших спайки наиболее высокой амплитуды в мультшкйронной записи. ..

Проведегаше исследования показали, что формирование новых функциональных структур, ответственных за осуществление условнорефлекторкон реакшш сопровождается с одной стороны очень избирательными изменениями в активности отделысых нейронов, с другой стороны сложньюш динамическими перестройками функциональных связей между нейронами на всех рассмотренных уровнях isx объединений. Индивидуальные свойства нейронов, включеизшх в эти объединения, у.огли• оказывать влияния'на особенности их сетевой организации. Однако проце;гг таких нейронов в исследованной проекционной зоне был незначительным, что позволяет сделать заключение о превалирующей роли системных процессов в формировании новых функциональных структур. Выявленные изменения " в функциональной организации ""нейронов " при трех ~ формат проявлеюкг"" УРВ" »свидетельствуют о том, что. форма условнорефлекгорной реакшш животного коррел!фует со степенью изменений, произошедших в нейронных структурах.

ВРЕМЕННАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ КОРРЕЛЯЦИОННОЙ СВЯЗИ НЕЙРОНОВ МОТОРНОЙ КОРИ.

Как известно, кросскорреляционный анализ (Perbel et.al. 1SS7) позволяет нам выявить зависимость возникновешш спанков того или шгаго исследуемого нейрона от активности другого, одновременно с ним зарешагр^оваююго. Пик на ККГ слухагг показателем того, что исследуемая клетка совместно с другими клеткам:! активирует ' одновремеюю с ней регистрируемый нейрон, побуждая его генерировать некоторые из своих спайков через какой-то определе!Шыи времеш!ой промежуток (в нашем случае от 1,5 до 3 мс). Условно говоря, некоторые спайки этих двух клеток возшпмют один за. другим так, словно omi связаны между собой этсщ временем, сопряжены им. Отсюда-и назвадшя .данные кгам спайкам различными авторами: "сопряжешгые импульсы", "сшгергичные импульсы" (Ливанов, 1975, Жадин с соавт., 1977, Павлова, 1937, 1988, ■1990), "меченые спайки" (Gassanov et. al. 1985). Показано, что в возшкаовгшш сопряжешшх импульсов в реальном времени существует некая периодичность (Ливанов 1975, 1979, Жадин с соавт. 1977), не совпадающая с-распределением спайков реальных импульсных" последовательностей, исходно включавшие в себя эти сопряжешше cnaiuai (Пазлова 1390). "Однако эти работы были проведены с применеш[ем метода автохорреляшш, ке дазавшего представления о том, в какие именно моменты анализируемого интервала клетки срабатывают синергачио. Те:; ке менее, знание того, в какие моменты реального времени две клетки срабатывают синерпешо, может оказаться очень полезным, поскольку даст возможность сопоставить во времени их активность к поведенческие реакшш животных.

• Анализ распределения в реальном времени сопряженной нмпульсаща: пре- к постсннаптических клеток позволил выявить динамику изменений функциональных связен между нейронами моторной коры кошек на протяжешш временного отрезка перед предьявлегшем безусловного раздражителя при условном электрооборсгаггель,нок рефлексе (30 с) и условном рефлексе ид время (60 с). Оказалось, •что сопряженная хчпульсация нейронов распределяется во времени неравномерно и ка жесткой

корреляшш с изменениями их тскуь;^ частоты. Одновременна згрепетрирозднице нейронные пары могут 1шеть кмжштращиэ сопржшйшж имиудьсоа в р&кшг момаягы времени перед дпкйттиош, имлюиргам .разную .функциональную заинихояь*

У кошек с выработанным услозным электрооборонительным рефлексом обнаружены -нейронные пары (27% от числа рассмотренных, показавших. функциональную сзязь), концентрация сопряженных импульсов которых появляется во время предъявления условного стимула. У хорошо обученных животных концентрация сопряженшлх импульсов во время предъявления условного стимула может быть отмечена даже при отсутствш! условнорефлекторной реакции ма поведенческом уровне.

При выработке условного рефлекса на время концентрацию сопряженных импульсов нейроне, е конце условнорефлекторного интервала можно было обнаружить уже в самый nepr'uí день опытов при 12-м, 15-м предъявлениях подкрепления, т. е. тогдз, когда ни по поведенческим (деление условнорефлекторного интервала на фазы ПО я АО), ни по нейрофизиологическим (направленность, сила н стабильность функциональных межнейронных связен) показателям какие-либо изменения з состоянии животного, связанные с процедурой обучения, еще не обнаруживались. У хорошо обученных животных, до 46% всех 'случаев обнаружения концентращш сопряженных импульсов приходились на Конец условнорефлекторного интервала. Мы склонны рассматривать эта факты как проявление УРВ на уровне межнейронных взадгмодействнй, тем более, что в трети случаев нз рассмотренных (34%) сопряженные импульсы в конце исследуемого интервала у одной и той же пары нейронов могли концентрироваться в двух, трех и даже четырех фрагментах одного и того же опьгга, что говорит о неслучайности этих показателей. Концентрация сопряжешшх импульсов нейронов в конце фазы активного ожидания могла наблюдаться и при сбое проявления условного рефлекса по поведещш у хорошо обученного животного.

Иными словами'!, неравномерность в повышегаш концентрашш сопряже!шой юшульсашш нейронов моторной коры связана с поведенческими реакцня>ш животных и отражает состояние определенных групп нейронов, имеющих отношение к организации поведенческого акта. Пр:аодясь на время," непосредственно предшествующее предъявлегато Ж!пзотному безусловного стимула, сопряженная гоотульсадая может служить показателем изменений, происходящих при обучешш на сетевом уровне п сохраняющихся у хорошо обученных животных даже при отсутствии чепенх проявлешй условнорефлекгорщ'х реакций на поведенческом уровне.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Сопоставляя поведенческие и нейрофизиологические корреляты фор:агровазпи услоытрефлехторшлх реакций жнвопшх, :гп показали, что оно сопровождается сложнейшими преобразования?!!!, происхох'шшми на уровне фунмшональных связей ::гжду нейронами 'Хоры. В основе активации нейронных структур, возшкающек в ргзулъгатс процедуры обучения, лежат закономерности общие для каждой из раееютрешшх форм поведения. -3 зиач1Ггедыюй мере эта общность определяется, по-вздк: юлу, .исходными свойствам;) тех клеток, активность которых мы регистрировали. Так, например, увеличение процента встречаемости и разнообразия прямых функциональных связей, по мера взаимоудале^шости нейронов друг от друга, вполне может определяться перераспределением активности коротксаксонных н длзашоаксошшх нейронов в результате процедуры обучешш. Тоже самое можно сказать о когаергаппгых к дивергентных возможностях клеток, которые могут определять специфику нх участия в пройессе возникновения новых функциональных' систем при обучешш (прием, передача и дальнейшее распределение по проекционной гонг псступздзздгй к ней информации). Два основных фактора - разные размеры

нейронов и разное число акпшнрованных'сюгапсов на них, при равной аштомхчес&ой плотности распределения последних, вполне могут оказаться определяющими ддш проявлешм входных или выходных свойств этик нейронов в система. Однако, к это очень важно, отмече!Шые нала: общие закономерности возникаат не только как следствие определенных свойств отдельных нейронов. Как доказывают материалы исследования, они являются результатом системных процессов, протекающих при обучении в нейронных структурах.' С проявлением системной активности клеток мы сталкиваемся уже в первых огШтах. В результате процедур:! обучения в первую очередь изменяется не пространственная организация .функциональных связей, в первую очередь качественно изменяются сами функциональные связи между клетками, ■ что трудно объяснить свойствами какого-либо одного из нейронов в каждой из исследуемых пар. Происходит не только усиление или ослабление связей, при каждой из форм обучения изменяется их временная структура - приток информации от одной клетки к другой усиливается в момент, непосредственно йррдшествующш! совершению животным условнорефлекторного акта. Причем эти изменения могут не коррелировать с усилением частоты импульсацни пре- или посгсинапгического нейронов, что н позволяет нам рассматривать их гак результат системной деятельности нейронов. На более высоком уровне организации, на уровне микро- и макроучастков коры ярким проявлением системной активности нейронов является сака динамика функциональных связей, не коррелирующая с изменениями частоты имцульсации тех клеток, взаимосвязи которых анализируются в каждой конкретной ситу amar. Результаты исследований свидетельствуют, что при каждой из *форм обучения системные процессы, происходящие в одно и то же время в шосроучастках л между микроучастками коры, различаются по своему содержанию. Д1шамика функциональных связей между близлежащими клетками скорее всего отражает процессы, связанные с обработкой поступающей в микроучастки информации, динамика функаиональных сзязей между взаимоудаленкыми нейронами - процессы, связанные с обработкой, распространением этой информации*, по коре и. распределением ее между нейронами различных мшфручаспсов. Обучение может усиливать или ослаблять эта процессы, а также преобразовывать их качественно, изменяя направленность! взаимовлияний внутри микроучастков и' способствуя возникновешш.большего, числа и разнообразия связей.

..... между нейронами различных микроучастков. При этом определяющее значешге для

этих перестроек имеет полифункциональность исследуемых • клеток моторной коры. Функции одних и тех же нейронов по отношению к клетка« соостешюго микроучаспса и клеткам соседних микроучастков могут быть совершенно различными. Одшг и те же нейроны могут не менять своих сетевых свойств внутри микроучастков и значительно . активизироваться по отношению к нейронам других микроучастков. Одшг и те же . нейроны з разных ситуациях могут осуществлять либо прием информации на "входе" в микроучасток, либо ее распространение на "выходе" из микроучаспса. Поэтому нельзя говорить и о каком-либо жестком рисунке функциональной организации нейронов, характерном для той- или 1шой конкретной поведенческой ситуации. В разных микроучастках в одно и то же время картина распределения межнейронных функциональных связей молит быть различной и в одном и том же_ микроучастке на протяжении опыта при внешне сходном поведении так же можно наблюдать различные . варианты межиеГфонных функциональных связей. Только табор большого .статистического материала позволяет шделигь из этого кажущегося хаоса и определить для каждого из нейррког его приоритетные функции в формируюцдакщ системе. На наш взгляд именно эта полифунхшганальность нейронов позволяет Системе так гибко

реагировать на постоянно меняющиеся внешние и внутренние факиры, сопровождающие процедуру обучения и постоянно влияющие на животное, тогда как приоритетная функциональная ориентированность нейронов позволяет системе находить оптимальный вариант организации для решения стоящей перед : «потным задачи. Изменения, происходящие в межнейротшх функциональных связях '.'же после самых первых сочетаний, свидетельствуют о том, что одно из главных условии точною выполнения задачи - время совершения эффекторной реакции - фиксируется в нейронных системах уже на самых начальных стадиях обучения. Однако сг:л-кт\-ри. ответственные за совершение точной по времени эффекторноп реакции, на утих стадиях обучения еще не сформированы. Их формирование происходит шаг за шагом п течение всей процедуры обучения. Перед каждым новым сочетанием система на всех своих уровнях от первичных объединений до объединении более высокого порядка произ_водит как бы перебор всех .возможных вариантов организация функций..иеир н вплоть до создания оптимального варианта функциональной нейронной структуры, способной привести к реализации точного условнорефлекторкого движения. О г сочетания к сочетанию функциональные структуры организуются и внопь разрушатся, ко не полностью, а сохраняя в себе наиболее важные XIя выполнения вырабатываемого навыка элементы - следы активации предыдущих функциональных структур лежавших в основе, ранее совершенных (удачных или неудачных) эффекторных реакций. На ранних стадиях обучения нроце>гг реакций, завершившихся достижением цели (своевременным получением полкрепления) очень невысок именно потому, что достаточное накопление этих следов от предыдущих возбуждений еще не произошло и течение системных процессов, направленных на подготовку точной эффектор ной реакции может легко прерываться под зоздействием .тюбых факторов, сопровождающих процедуру выработки рефлекса, т.к. система не имеет ресурсов для реагирования на приходящие "из вне" дополнительные влияния, помимо тех, что она мобилизует для достижения главного результата. По мере обучения, вновь формирующиеся перед каждой эффекторной реакцией функциональные системы, за счет прироста связей, возникающих как след от предыдущих реакций, становятся все более сложными и все менее стабильными, поскольку появление новых функциональных связей влечет за собой перестройки всей структуры связей на каждом из уровнен их формирования. Однако ; этом сии становятся более адекватным» с точки зрения достизкеш« конечного результата ¡стенно потому, что нестабильность отдельных элементов систем дает им возможность гибко реагировать из любые изменения в стоуацнн эксперимента без ущерба хтя выполнения основной функции.

Иными словами, на уровне межнейрокиых функциональных связей обучение выглядит хак обрете:ше системой способности мгновенно образовывать ту юзнфюурацию связей, которая должна привести к наиболее быстрому и точному осуществлению эффекторной реакции с учетом необходимых коррекций, соответственно постоянно меняющимся эндогенным и экзогенным факторам. Целый ряд свойств, выявляемых при изучении адаптивного поведения, таких как проявление функциональной ориентации отдельных нейронов в системе, увеличение общего числа функциональных связей, происходящее на фоне почти полного качественного преобразования микроструктур, значительная дестабилизация нейронных систем к моменту совершения реакшш. по-видимому, характерен для функциональных структур обучающегося мозга вообще, независимо, от принятой модели обучения. Эти свойства обнаруживаются исключительно статистическим» методам)! на большом экспериментальном материале. Изменения же. привносимые обучешкм на разных его

стадиях в структуры отдельных; мнкроучастков, равно как - и в структуру всей проекционной зоны' моторной коры кошек, также -шотазидуальны, как к сами . обучаемые животные. По-видимому, именно суммацня этих' "'шдшнцуадьных • особенностей на основе вышеперечислсшсых общих свойств, присущих функциональным структурам обучающегося мозга, лежит в основе многообразия реакций экспериментальных животных, поставленных в одни и те же условия.

ВЫВОДЫ ' .

1. Исследование мультинейрокной активности моторной коры кошек в опытах с применением легкого нембуталового наркоза показало, что нейроны,' зарегистрированные даже в одних и тех же микроучастках коры, обладают различной чуствите.тьностью к подавляющему действию наркотического вещества. Синергичиосгь

волнообразном- изменении частоты кмпульсащш нейронов, .зарегистрированных внутри мнкроучастков, к рештрокность в изменетш частоты импульсашш нейронов, принадлежащих к разным микроучасткам коры, по мере погружения животных в наркоз, позволяют предположить, что при множественной регистрации МНА каждым электродом плаепшы отводится акптность локальных клеточных групп.

2. • Сохранность в наркозе значительного процента функциональных связен между нейронами внутри микроучастков коры является показателем того, что эта связи ■не находятся в абсолютной зависимости о? активирующих влшшнй, идупопс 1а подкорковых структур. Функциональные связи мр?$ду нейронами, входящими в состав раз.пгчных микроучастков коры, в какой-то мере такую зависимость испытывают.-Динамика функциональных межнейронных связей в наркоза свидетельствует о том, что ош! являются тонким индикатором изменений, происходящих в состоянии животных.

3. Проведе^мые при выработке электрооборошгтельного условного рефлекса (ЭОУР) исследования, взаимозависимой активности клеток моторкой коры, расположенных на разном расстоянии друг от друга в пределах 0,5 мм, выявили существенные различия в функциональной организации межнейронных связей между близлежащими и взаимоудаленнымк нейронами, зачастую связанные с амшппудаьши характеристиками их спайков. Показано, что при выработка ЭОУР в микроучаегках коры происходит в ^основном перераспределение мелшейроккых- связей, тогда как между нейронами различных мнкроучастков - увеличение их числа и разнообразад -тем . большее, чем больше расстояние между клетками. Если до обучения возбуждающие влияния внутри мнкроучастков чаще были направлены от нейрона с с . высокоамшпгтудной спайковой активностью на нейроны, генерзфухшше спайки *шзкой амплитуды, то у обучешсых жююткых значительно усиливались влияния проттоположного направления. ' • ■ - - -

4. Перераспределение' межнейронных функциональных связей в микроучастах и таелгаегпге их числа и разнообразия между мтсроучасгками происходило с одной .' стороны за счет проявления новых, ранее не регистрировавшихся связей, с другой ' стороны за счет связей, сохранявшихся -или проявлявшихся как слад акшшосш функциональных структур, имевшихся при предшествующих услоьнорсфлекгорны» реакциях. Коотрольные экспер!гмекты показали, что шя&дашая- дшгмлка межнейронкых функциональных связей в корковой проекта! .тары кошки отраяасг процессы, вызванные процедурой вир глотки условного рефлекса,

5. Исследования, провгдетше при выработке условного гешкдобшательибго . рефлекса -на время (УРВ). показали. что три формы ггрояилешгд УРВ разлетались

между собой по процент)' встречаемости и разнообразию вариантов" фуиганкаадыгых

.чккроучасгков коры. Наименьшее разнообразие вариантов и процент встречаемости связей отмечали при УРВ(А), наибольшие при УРВ(С). Формирование новых функциональных структур, ответственных за осуществление условнореулекторнои реакции, сопровождалось очень избирательными изменениями в активности отдельных нейронов, а также сложными динамическим» перестройками (появление, исчезновение, измените по направлению и силе) функциональных связей между нейронам!; как внутри микроучастков, так и между микроучастками коры. В результате этих перестроек связи между нейронами становились нестабильными и приобретали двусторонний характер.

6. Выявленные изменения в функциональной организации нейронов при трех формах проявления УРВ свидетельствуют о том, что форма условнорефлекторной реакции животного коррелирует со степенью изменений, произошедших в нейронных структурах.

7. Ииднвидухтьные свойства нейронов могли оказывать влияния на особенности" их сетевой организации. Однако процент таких нейронов в исследованной проекционной зоне был незначительным, что позволяет сделать заключение о превалирующей роли системных процессов в формировании новых функциональных структур.

3. Исследования распределения сопряженной импудьсации нейронов в реальном времеии показали, что неравномерность этого распределения связана с поведенческими реакциями животных к отражает состояние определенных групп нейронов, имеющих отношение к организации поведенческого акта. Совпадая со временем, непосредственно предшествующим предъявлению животному безусловного стимула, сопряженная импульсаиия мо:::ет служить показателем изменешш, происходящих при обучении из сетевом уровне ¡1 сохраняющихся у хорошо обученных животных даже при отсутствии чепане проязлетзй услсвнорефлекторных реакций на поведенческом уровне.

9. Показано, что одно из важнейших у слоя ил совершения условно-рефлекторной peaianut - премл, к которому се необходимо осуществить, фиксируется в центральных _ структурах у::се после самых первых сочетаний. Результатом обучения является образовать ко гремени, зафиксированному в " IIHC, такой конфшуращш межиейрсшшх .сгязей, которая приводит к осуществлешио условнорефлекторной реакции. ______. .

СПИСОК РАБОТ ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Галаияша А.Г., Богданов A.B. Условнорефлекторные изменения функциональных связей между соседними и отдаленными корковыми нейронами. //Журн. высш. нерв. дёят. "1981; Т. 31. N 3. С. 497-504.

2. Галантна А.Г., Богданов.A.B. Условнорефлекторные изменения функциональных связей между разноудаленными нейронами моторной коры кошек. / ' Материалы XIY Всесоюзного съезда физиологов. Баку. 1983. Т.1. С. 138.

3. Гадаипша А.Г., Богданов A.B. Изменение функциональных связей между соседними И отдаленными нейронами моторной, коры кошек при выработке электро-оборошггельного рефлекса. //Ж\-рн. высш. нерв. деят. 1984. Т. 34. N'3. С. 487494.

Galashina A.G.. Bogdanov A.V. Changes in the functional relationships between close and distal neurons of the cat motor cortex durinsj electrojefensive conditioning. //Neurosci. and behav.physiol. 19S6. W16. N* 2. 139-146.

4. Гллашина А.Г., Богданов A.B. Пластические изменения сетевых свойств нейронов при обучении кошек. //Журн. высш. нерв. деят. 1985. Т. 35. N 3. С. 442-448.5. Gassanov U.G., Galashina A.G-, Bogdanov A.V. The functional selectivity of cortical impulses. //Phsiol. bochemoslov. 1985; V. 34. Suppl. P. 41-43.

6. Богданов A.B. Мультинсйронная активность коры большого мозга кошки в процесс развития наркотического состояния. // Тезисы 1Y выездного заседания Научного совета при Президиума АМН СССР. Научного совета АН и АМН СССР то физиологии человека. Иркутск. 1987. С. 16.

7. Галашина Л.Г., Богданов A.B. Анализ нейронной активности моторной коры кошек при пищедобывательном рефлексе на время. //Журн. высш. нерв. деят. 1987, Т. 37. N 4. С. 766-768.

8. Богданов A.B., Галашина А.Г. Перестройка функциональных связей соседних

нейронов моторной коры кошек при выработке уставного пищедобьшэтельиого___

рефлекса на время. //Журн. высш. нерв. деят. 1987. Т. 37.N 6. С. 1165-1167.

9. Богданов A.B., Галашина А.Г., Мац В.Н. Функциональные связи взаимоудаленных нейронов моторной коры в фоне и при выработке условного пищедобывательного рефлекса на время. ' 'Журн. высш. нерв. деят. 1988. Т. 38. N 1. С. 164- 166.

10. Богданов A.B., Галашина А.Г. Му.тьтинейронная активность коры большого мозга кошки в процессе развития иембуталового наркоза. // Физиол.журнад СССР. 1988. Т. 74. N 5. С. 625-633.

11. Богданов A.B., Галашина А.Г. Функциональные межнейронные связи в моторной коре бодрствующих и наркотизированных кошек. // Физиол.журнал СССР. 1988. Т. 74. M 7. С. 913-919.

Bogdanov А.V., Galashina A.G. Functional intcrneuronal connections in the motor cortex of alert and anesthetized cats. //Neurosci. and behav.physiol. 1989. V.19. N 4. 346-351.

12. Галашина А.Г., Богданов A.B. Особенности системной организации корковых нейронов при различных формах проявления условного рефлекса на, время. /'/Журн. высш..нерв. деят. 1489. Т. 39. N3. С. 469-477. . ' " . Galashina A.G., Bogdanov •\.V. Features of the sistemic organization of cortical neurons with different forros of the manifestation of conditioned reflex to time. /■'/Neurosci. and behav.physiol.-1990. V.20. N 3. 236-243.

13. Богданов A.B., Галашина А.Г. Кросскорреляция как метод дискриминации импульсов в мультинейронных записях. // Журн. высш. нерв. деят. 1989. Т. 39. N 6. С. 1070-1079.

14. Богданов A.B., Калужный П., Тарнецкий Р., Дзедушко Я. Динамика !" функциональных взаимосвязей нейронов моторной коры мозга кошек при стимуляции. // Нейрофизиология 1991. Т. 23. N 1. С. 73-80.

15. Богданов A.B., Галашина А.Г. Особенноек функциональной организации нейронов моторной коры кошки при трех формах проявления пищедобывательного рефлекса на время. //Нейрофизиол. механизмы обучения. Материалы Всесоюзн: симпозиума. Киев, 1991. С. 5.

16. Bogdanov A.V. Multineuronal activity and functional connections in the motor cörtex of alert and anesthetized cats. /'/ 3RD International congress of comparative physiology and biochemistry. Tokyo. Japan. 1991. Abs.4364."

17. Галашина А.Г.. Богданов A.B. Оценка силы взаимодействия между нейронами моторной коры коШек при условном рефлексе на воемя. . • Жури. выеш. нерв, деят. ¡992. Т. 42. Ы I. С. ¿6-94.