Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Участие стриато-таламических структур в организации инструментально-оборонительного условного рефлекса

ВАК РФ 03.00.13, Физиология

Автореферат диссертации по теме "Участие стриато-таламических структур в организации инструментально-оборонительного условного рефлекса"

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК

ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИНСТИТУТ ФИЗИОЛОГИИ им. И.П. ПАВЛОВА

На правах рукописи

МИХАЙЛОВ АЛЕКСАНДР ВАДИМОВИЧ

УЧАСТИЕ СТРИАТО-ТАЛАШ1ЧЕСКИХ СТРУ1ШР В ОРГАНИЗМА ИНСТРУМЕНТАЛЬНО- ОБОРОНИТЕЛЬНОГО УСЛОВНОГО РЕЙЛЕКСА /1ШКРОЭЛЕНШ)ДНЫЕ ИССЩОВАНШ/.

Специальность 03,00.13 - Физиология человека и животных

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата биологических наук.

Санкт-Петербург 1992.

Работа выполнена в лаборатории Физиологии высшей нервной деятельности ! Заведующий канд. <5иол. наук Шуваев В.Т. / Института физиологии им. И.П.Павлова РАН.

НаучннИ руководитель доктор медицинских наук, профессор, заслуж. деят. науки РСФСР Суворов Н.5.

Официальные оппонента: доктор медицинских наук, профессор В.Л. Силакои, доктор медицинских наук, профессор, Б.Ф. Толкунов.

Вв^цее учреждение - Санкт-Петербургский государственный университет, г. Санкт-Петербург.

Защита состоится 1992 года

в часов на заседании специализированного совета по защите диссертаций на соискание учёной степени доктора наук / Д 002.36.01 / при Институте физиологии им. И.П.Павлова РАН / 199031, Санкт-Петербург, наб. Макарова 6 /

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института физиологии им. И.П.Павлова РАН.

Автореферат разослан " /Д. " 1Л/С?3 1992г.

УчённА секретарь специализированного совета доктор <5иол. наук Н.М.Вавилова

s;- i'W,

f 3 '-'.223 j I. Общая характеристика работы

Л;-^.Д1угуальность проблемы. Обоснование метода условного рефлекса

'ПОзтеАшо И.П. Павлову высказать ряд важных предположений о внутренних механизмах ра.боты мозга.' Широкое внедрение в практику'физиологического эксперимента различных нейрофизиологических методов исследования открыло новые возможности для познания закономерностей функционирования головного мозга, поникания роли корковых и подкорковых механизмов в организации поведенческих актов.' В этом направлении за последние 15 - 20 лет получены новые экспериментальные данные фундаментального значения о важном вкладе корковых и подкорковых структур в системную организации поведения / Анохин П.К.,1968; Сыренский В.И.Д970; Суворов Н.Ф.,1973, I960; Бату-ев А.С.,1973; Бехтерева Н.П.,1974, 1980 /. Усилившийся интерес к подкорковым структурам головного мозга не случаен. Он объясняется дискуссионностьга вопроса о их роли в выработке условного рефлекса, в механизмах замыкания временной связи, памяти, внимания и в друг;к процессах интегративной деятельности мозга. Особый интерес представляют работы по нейрофизиологическому анализу механизмов участия в интегративной деятельности ядер неостриатума и связанных с ними отделов мозга / Арушанян Э.Б., Отеллин В.А.,1976; Раева СЛ., 1977; Толкунов Б.Ш.,1978; Balclo L.W.,I978» nolle i.J.et.el.,I983» Alexander 3.В.,1986,1990 /. Данные, полученные сотрудниками лаборатории физиологии высшей нервной деятельности института физиологии им. И.П. Павлова / Горбачевская А.И.,1976; Шаповалова К.Б.,1976, 1978, 1983; Войлокова Н.Л.,1978; Шустов В.Н.,1978; Дрягин D.M., 1979; Данилова Л.К.,1979; П1уваев В.Т. ,IS&l;SuYoroT!!.y.et.al.,l988 /, показали важную функциональную роль неостриатума и хвостатого ядра, в частности, в интегративной деятельности мозга и позволили расширить представление о стриато-таламо-кортикальной системе / Суворов Н.Ф.,1980; Шаповалова К.Б.,1985; Суворов Н.Ф., Шаповалова К.Б., 1986 /, принимающей участие в реализации двигательных пищевых, отсроченных, инструментальных и других форм условных рефлексов.

Имеющиеся в литературе данные подчёркивают важность и необхо-дшость исследования нейрофизиологических механизмов участия хвостатого ядра и других образований стриато-таламо-кортикальной системы в поведении. В большинстве работ, опубликованных в настоящее время, анализировались механизмы участия этой структуры в пищевых формах условнорефлекторного поведения, и лишь в отдельных работах / Шаповалова К.Б.,1978, 1985; Паповалова К.Б. и др., 1979, 1983 / - проводился анализ нейрофизиологических механизмов участия

неостриатума в инструментально-оборонительном поведении. Эти исследования выполнены гфи разрушении и стимуляции хвостатого ядра и основного его неспецифического афферентного входа - срединного центра талаиуса / СМ /. Литературные данные свидетельствуют о том, что лишь в ограниченном числе работ анализ условнорефлекторного поведения сочетался с одновременной регистрацией нейрональной активности хвостатого ядра или 0.1 таламуса. Отсутствуют дачные о характере нейрональной активности в этих подкорковых ядрах при.реализации инструментально-оборонительного условного рефлекса. Нет экспериментального материала о нейрональных перестройках в хвостатом ядре при угасательном и дифференцировочном торможении. Не изучены механизмы взаимоотношений между хвостатым ядром и срединным центром та* ламуса при реализации инструментально-оборонительного условного рефлекса. Поэтому разработка указанных вопросов важна дая болеэ глубокого понимания системной организации условного рефлекса и вклада изучаемых стхуктур в интегративную деятельность мозга. Исследование проблемы стриато-таламических взаимоотношений имеет прямое отношение к теории условного рефлекса; познания механизмов научения, закрепления выработанных временных связей, памяти. Вместе с тем выяснение нейрофизиологических механизмов взаимодей- . ствия двух важнейших подкорковых образований - стриатных и- талами-ческих косвенно представляет и практический интерес для понимания ряда патологических нарушений в деятельности центральной нервной системы, таких как гипер- и гипокинеэы, паркинсонизм, хорея, атетоз и др.

Исходя из теоретической и практической важности изучения стри-ато-таламических взаимоотношений были определены конкретше задачи исследования, которые являлись частью общеинститутской темы по изучению корково-подкорковых механизмов условного рефлекса. 1»2. Цель и задачи исследований. Цель работы, выполненной в рамках плановых исследований лаборатории физиологии высшей нервной деятельности Института физиологии им. И.П. Павлова РАН, состояла в микроэлектродном исследовании нейронных механизмов участия структур таламо-стриатного уровня в системной организации инструмен-тально-оОоронительного условного рефлекса.

Конкретные задачи исследования сводились к следующему: I/ исследовать участие хвостатого ядра в реализации упроченного инструментально-оборонительного рефлекса у кошки и определить корреляционные отношения спайковой активности нейронов неостриатума с поведенческой реакцией животного; 2/ изучить иейрональные кор-

ролятн участия хвостатого ядра з угосательиои и дп 'оч

торможении; 3/ используя методику обратшого ¿•упк'ггснплыйл'о п' чения / анодическая поляризация структуры /, ш'чиг/ь рглт. с!>з/»:Н" ного центра талалуса в мне! р^ентальпо-оо'орошггел'ьнс!т услсьдои телексе, в генезе фоновой и регистрируемой при действии условного « аг-нала импульсной активности нейронов хвостатого я,.щи; 4/ гч ос:-г,-нии анализа импульсной активности одновременно регистрируема ¡пиропов двух подкорковых: структур /хвостатого ядра и срединного центра таламуса / определить характер их пе;;;централышх вздцмоолк>г.я> нпй при Форг/пропапин ннструнентально-обороштельного условного телекса.

1.3. Научная новизна. Получены новые даннке оо участии но:"ро1!ол хвостатого ядра, являюцегося одним из ядер стриато-талако-кортпкаль-ной сястонн, в организации ¡ше-гру^ентально-оборонительного условного рефлекса, в Нормировании угэ.сатсльного и диЪ'-зреш^репощгсго тор-мог.тешш. Выявлена функциональная неоднородность этого ядра в ния'.те.условнорефлокторноП деятельности и установлен» нош*? ктп о включении верхнего отдела этого подкоркового образования а ную каудато-прелоторну» подсистему, связанную с сеясомоторно?' интеграцией, необходимой для формирования и реализации целостого д.чг-гательного поведения. Впервые получены данше об иянепенип уплело-рефлекторшк ответов и фоновой активности клеток хвостатого ядра при обратимом функциональном выключении одного из основных неопоцн-фичесних ак/юрентннх входов, ндуирис из срединного'центра талглуса. Вшслючение этого талаикческого ядра сопровождалось соответствуй:н-мн сдвигали в инструментальном поведении яивотного. Впервые проведён крооскорреляцпоншй анализ одновременно регистрируемой импульсной активности клеток стриатного / ХЯ / и талаипческого уровня в формировании шюгр^^ентальио-оборонительного условного рефлекса. Внервне получены данные об особенностях нейрональноЯ активности срединного центра таламуса в динамике 'формирования такой формы рефлекторного поведения.

Получении» экспериментальный материал позволил подтвердить представление об участии структур стриато-таламического уровни т, интеграции и реализации инструментально-оборонительного условного рефлекса и показать функциональную гетерогенность отдельных сегментов неостриатума в таком поведении. Результаты исследований подтьор:--дают мнение о валлости талш/ического входа в неострнатум для уо]гиро-вяшш условных ответов его нейронов и о полифункциопалиш:; свойствах о того ядра в условнорефлекторном поведении.

1.4. Практическая ценность. Результаты проведённых микроэлектродных исследований вшаш при анализе нейрофизиологических механизмов участия структур стриато-талачо-кортикального комплекса в различных форнах поведения. Они позволяют сделать заключение о динамике иелс-централышх взаимоотношений и о системной деятельности изучаемых подкорковых структур в механизме организации положительных и тормозных условшх рефлексов.

Полученные данные о функциональной гетерогенности клеточных популяций хвостатого ядра, об особенностях нейронных перестроек в хвостатом ядре и СМ при формировании положительных и тормозных ус-лопних рефлексов и об относительной корреляции нейронных и двигательных реакций в ответ на условный сигнал могут представлять интерес для понимания нейрофизиологических механизмов деятельности мозга человека в условиях нории и патологии.

Авторские методические разработки / Авторское свидетельство №502722 /, использошишне при заточке, иполяцпи и проверке параметров иикроэлектродов, а таюге особенности коАструкции устройства для длительного отведет«! нейроналыюй активности от нескольких структур головного мозга могут быть применены в хронических микро-электродннх исследованиях на животных в условиях свободного поведения и при проведении качественных, малотрапмирующи;-: мозг исследованиях на человеке в ходе нейрофизиологических операций в клинике.

1.5. Апробация д; юсертационного материала. Мате риал дис с е ртаци к докладывался и представлялся на Всесоюзных конференциях по электрофизиологии центральной нервной системы / Ленинград, 1971; Ереван, 1580 /; Всесоюзных совещаниях по проблемам высшей нервной деятельности / Горький, 1972; Москва. 1974; Ленинград, 1501, 1989 /; Симпозиумах " Вазальные ганглии и поведение " / Ленинград, 1972; Симферополь, 1988 /; 5-ой Всесоюзной конференции по Нейрокиберне-тике / Ростов-на-Дону, 19?3 /; Симпозиуме " Е(онвергенция и синапс " / Москва, 1973 /; Всесоюзных съездах Физиологического общества им. И Л. Павлова / Ленинград, 1979; Баку, 1983; Кишинёв, 1989 /; 28-ом Международном конгрессе Физиологических наук / Будапешт, 1980 /; на научных семинарах Лаборатории физиологии высшей нервной деятельности Института физиологии им. И.П. Павлова.

1.6. Публикация результатов исследования. Основные положения и результаты диссертации изложены в 30 печатных работа;; / 19 статей и

II тезисов /.

1.7. Структура и объём диссертации. ОбшиП объём диссертации составляет ¿33 страниц машинописного текста. Работа иллюстрирована ¿>0 рисунками и £ таблицами Слисок литературы включает в

?

себя3^2работ, из которых -/66 отечественных и зарубежных авторов. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания методики исследования, трёх глав с изложением полученных результатов, заключения, выводов и списка литературных источников.

2. Методика. ,

Экспериментальные исследования проведены на 32 кошках-самцах весом от 3,8 и до 5,2кГ. В острых опытах на 10 животных отрабатывались различные методические приёмы, используемые в последующих хронических экспериментах.

, Микроэлектродные отведения выполнены в трёх сериях опытов в тщательно экранированной и звукоизолированной камере. В первой серии экспериментов на 10 животных анализировалась нейрональная активность хвостатого ядра у кошек с упроченным до операции инструментально-оборонительным условным рефлексом. Поведенческая реакция животного, необходимая для избавления от болевого действия тока, состояла в подъёме лапы, фиксированной к рычагу, в ответ на включение условного сигнала / тон частотой 500Гц, длительностью Зс / и размыкание цепи тока, приложенного к дистальной части передней конечности, между электродами на педали и манжетке. В качестве безусловного раздражителя применяли пачку из 36 электрических импульсов длительностью по 1мс, следующих с частотой 80Гц и амплитудой 20В. В динамике предъявления положительного условного раздражителя производили включение тормозных условных сигналов: днф-ференцировочного ( тон 1000Гц / и угасательного.

Во второй серии опытов на II кошках исследовали фоновую активность, ответы нейронов хвостатого ядра на положительный уело'-' вный сигнал и реализацию животным инструментально-оборонительного условного рефлекса при интактном и функционально выключенном срединном центре таламуса. В начале опыта регистрировали импульсную активность неостриатума при интактном зрительном бугре, а в дальнейшем отводили импульсации от тех же нейронов при анодической поляризации срединного центра током плотностью до 200 ыка на 1мм2 поверхности поляризующего электрода. И, наконец, в третьей серии опытов проводили анализ биоэлектрической активности от одновременно зарегистрированных нейронов хвостатого ядра и средишого центра таламуса в динамике формирования инструментально-оборонительного условного рефлекса.

Проведение хронических микроелектродных экспериментов предъявляло особенно высокие требования к техническим характеристикам используемых электродов. Для исключения нежелательного поврежде-

ния ткани мозга они должны были отводить клеточную активность без их замены в течение длительного времени. Разработанная нами методика изготовления вольфрамовых микроэлехтродов изолированных лаком SJJ-32 позволяла качественно отводить клеточную активность от подкорковых структур в течение'90 дней. Микроэлектроды для поляризации срединного центра изготовляли из нихромовой проволоки толщиной 200 тем. Они были покрыты стеклянной изоляцией. Длина их кончиков, свободных от диэлектрика, составляла I - 1,5мм,'расстояние между ними в горизонтальной плоскости било равно 1,0ым, а в вертикальной -1,5мм, Координаты хвостатого ядра и срединного центра определяли по .атласу H.H. Jasper., Ajmone-llarsaa /1954/. Для рострального отдела головки хвостатого ядра они составляли 18-19мм во фронтальной плоскости и в латеральной - 4мм. Для таламуса координаты были 10 и Змм соответственно. В некоторых экспериментах миографические электрода,.сделанные из нержавеющей стали, вживляли в мышцу рабочей конечности.

Для длительного отведения спайковой активности от индивидуальных нейронов у частично ограниченных в движениях'хронических животных использовали разработанную нами методику подвижно вводимых хронических шкроэлектродов. Многопозиционный микроманипулятор обеспечивав независимое поочерёдное перемещение электродов в неос-триатуме и в зрительном бугре. Блок входных истоковых повторителей устанавливали непосредственно в микроэлектродной пробке, благодаря чему повысили отношение напряжений сигнал-шум и устранили артефакты в исследуемых нейрограммах от движений животного. С выхода потокового повторителя сигнал поступал на низкошумящий предварительный усилитель и на усилитель микроэлектродной установки "Амплиор-2" французской фирмы Альвар. Нейрограммы фотографировали с помощью кинокамеры "Катомаига" с электронно-лучевой трубки микроэлоктрод-ной установки. На фотоплёнку записывали отметки о действии условного и безусловного раздражителей; в ряде опытов там же фиксировали отметки двигательной поведенческой реакции. С выхода микроэлектродной установки импульсная активность подавалась на пороговое устройство, после которого она вместе со служебными отметками записывалась на стереомагнитофое.,

Статистическая обработка материала производилась на измерительно-вычислительном комплексе Ф-37. Вычисляли значения текущей средней частоты, функции накопления частоты, гистограммы межимпульсных интервалов, пост- и перистимульные гистограммы, авто- и взаимокорреляционные функции. Достоверность изменений "оценивалась

с помощью критериев непараметрической статистики, статистических критериев Стьюдента и ли-квадрат.

Локализация микро- и макроэлектродов в подкорковых структурах контролировалась морфологически с применением ускоренной метод:::«: Ниссля.

• ■ 3. Результаты исследований.

'3.1. Активность нейронов хвостатого ядра при реализации положительных и тормозных условных рефлексов.

Исследована фоновая импульсная активность 177 нейронов хвостатого ядра с одиночной, групповой, пачковой и смотанной формам.! следования потенциалов действия. Гистограммы межимпульсных интерзалов, построенные для этих импульсных потоков, были как уни-, так и полимодальннми.

Ответы на электрокожное раздражение передней конечности были зарегистрированы у ПЗ из 191 нейрона нзостриатума; 62 клетки показали активационные, а 51 нейрон тормозные реакции. Латентный период ответа варьировал от нейрона к нейрону и мог составлять до 120мс. Анализ гистограмм межимпульсных интервалов выявил достоверные перестройки в структуре импульсного потока / с1£=ЮО; Х?.>135; Р<0,01 /.

Условнорефлекторше перестройки сформировались у 80 из 138 фоновоактивных нейронов рострального отдела головки хвостатого ядра кошки с выработанным и упроченным до операции инструментально-оборонительным условным рефлексом. В зависимости от паттерна импульсного условного ответа активационные реакции можно было разделить на три группы. В клетках первой группы / ЗРл / условно-рефлекторная активность предшествовала поведенческой двигательной реакции лапы экспериментального животного. Клеточная реакция опережала на 80-240лс двигательную реакцию, следующую через 1,52+0,37с после начала действия условного сигнала. У некоторых нейронов перестройки не ограничивались временем, предшествующим появлению двигательной активности, они могли продолжаться до момента появления безусловного стимула и регистрировались даже после его окончания. Клетки с выраженной начальной активацией / 60# / на включение условного сигнала образовывали вторую группу. Фазная реакция могла состоять из 2 - 15 потенциалов действия, а её скрытый период находился в интервале от 15 до 200мс. И, наконец, третью группу нейронов / 934 / составляли единицы с тонической формой условно-рефлекторного ответа.

Тормозные реакции по паттерну условных спайкоЕых разрядов

долились на две группы / 45 из 80 нейронов /. В первой /55%/, в большинстве реакций / 70-85$ / регистрировали полное вытормажива-ш-.е потенциалов действия, или отмечалось- длительное тоническое понижение в частоте их следования в остальных реакциях. Клетки с достоверной тормозной реакцией только в начале действия сигнального стимула / 45;-« / формировали вторую группу нейронов. Статистическая обработка показала изменения в параметрах регистрируемого при действии условного сигнала, а у части единиц и в следовом последействии импульсного потока / ¿Г» 100; }^>13б; Р<0,01 /. В гистограммах ме.тампульсных интервалов произошли перераспределения в положении основных и предпочтительных модальных значений, изменился и их коэффициент асимметрии, произошли перестройки в автокорреляционной функции. .

Первые предъявления тормозного условного раздражителя / угаса-тельного и дифференцировочного / вызывали реакции, идентичные с ответами клеток на положительный раздражитель. Динамика последуж>-п;его развития внутреннего торможения была следующей: в начало угасали условные поведенческие реакции, а затем пропадали или появлялись новые отличные по знаку нейрональные ответы. При подаче диф-ференцировочиого раздражителя тормозные условные ответы были угашены у 18 из '5, а активационные у 20 из 35 нейронов неостриатума. У остальных клеток были сформированы реакции противоположного знака. В динамике предъявления изолированного звука было зафиксировано появление биоэлектрической активности у 4 нейронов "молчащих 11 при действии положительного условного сигнала.

При угашении условнорефлекторных реакций тормозного типа они перестали регистрироваться у 39 из 45 нейронов хвостатого ядра, а у остальных б нейронов формировались активационные ответы. На.9 клетках была прослежена динамика угашения активационных ответов: они пропадали у 7 и изменились на обратный у 2 нейронов. Появление спайковой активности при выработке угасательного торможения отмечено у 3 "молчащих" клеток неостриатума» Изменению знака и паттерна условнорефлекторного ответа клеток при подаче тормозного раздражителя соответствовали перестройки в импульсной активности регистрируемой от них.

. 3.2. Зоновая и условнорефлекторная активность нейронов хвостатого ядра при обратимом функциональном выключении срединного

центра таламуса. Во второй серии экспериментов при обратимом функциональном выключении срединного центра таламуса достоверные изменения заре-

гистрированы в средней частоте импульсации 52 ио 104 клеток хвостатого ядра. 41 единица была локализована в дорэальном отделе структуры. У. 30 из 52 нейронов показано увеличение частоты следоаа::;и спайков. Её значение возросло с 3,9+0,£'имп/с до 7,8+1,Гтап/с. Пси инактивации зрительного бугра появилась спонтанная активность у 6 нейронов "молчащих" в начале ¡эксперимента при интактном ядро. Торможение клеточной активности при поляризации таламуса отмечено у 22 из 52 единиц. Их средняя частота понизилась с 13,32+3,4нмп/с до 10+0,9имп/с. Показано достоверное различие в начальной фоновой импульсации активировавшихся и затормозившихся клеток. Интервальный анализ биоэлектрической активности показал достоверные перестройки в их структуре / Х*>136; Р<0,01 /. У 4 нейронов с исход-

ной импульсацией единичного типа стала регистрироваться групповая форма следования потенциалов действия.

Исследование влияния обратимого функционального выключения тала-муса на условнорефлекторные ответы нейронов хвостатого ядра проведено на 41 из 73нейронов , отвечавших на значимый звуковой стимул у кошек с упроченным инструментально-оборонительным условном рефлексом. Показано появление как определённого комплекса перестроек з паттерне условных ответов части нейронов неостриатума при сохранз-нии знака реакции, так и изменение отдельных компонентов поведенческой реакции животного. Инактивация таламуса вызывала уменьшение интенсивности и длительности у 6 из 16 клеток неостриатума, отвечавших условной активационной реакцией на положительный сигнал. Для 2 нейронов с такой формой ответа было характерно увеличение интенсивности ответа с 9+1 импульса до 15,2+1 спайка. Изменились и параметры поведенческой инструментально-оборонительной двигательной реакции: латентный период её возрос с 1,63+0,09с до 2,18+0,25с, а амплитуда подъёма лапы с 38,2+2,1мм уменьшилась до 27,6+6,Змм.

Анализ активности 25 клеток с тормозными условнорефлекторнши ответами при интактном срединном центре установил, что инактивация таламического ядра сопровождается перестройками в импульсации нейрона при неизменности знака реакции у 12 таких нейронов. Менее выраженные тормозные реакции отмечены у б единиц с ответами как г;ер™ вого, так и второго вида. В первом случае стали регистрировать 9+ 2 импульса вместо 2,3+0,4, а во второй 3+1 спайк лротиз С+1 разряда я начале исследований. У остальных клеток этих групп, изменивших паттерн условнорефлекторных реакций отмечено более сильное угнетенно импульсации чем при интактном зрительном бугре. Показано полное угнетение спайковых разрядов в 15 из 20 реакций клеток первой груп-

пи. В остальных условных ответах регистрировали единичные потенциалы действия. Средняя интенсивность ответа стала равной 0,4+0,1 импульса вместо 2,3+0,4 потенциала действия до поляризации тала-муса. Латентный период поведенческой произвольной двигательной реакции при анализе перестроек тормозных ответов возрос с 1,6+0,15 до 2,17+0,3 секунды, уменьшилась амплитуда двигательной инструментальной реакции лапы.

Поляризация срединного центра сопровождалась перестройками в структура регистрируемой импульсации в ответ на включение условного сигнала и в следовом последействии / «»ЮО; ; Р<0,01 /. В зависимости от направленности перестроек в гистограммах межимпульсных интервалов отмечается сдвиг основных и предпочтительных модальных значений в направлении левой или правой ветви распределения. . . .. - - - .. ........................

3.3. Активность одновременно регистрируемых нейронов хвостатого ядра и срединного центра таламуса при выработке инерумен-

гального условного рефлекса. Одиночная, групповая, пачковая и смешанная форма клеточной активности была зарегистрирована у 114 нейронов хвостатого ядра, При этом у 83% клеток средняя частота импульсации не превышала 5имп/с. Йз 64 исследованных клеток срединного центра таламуса лишь у 60)4 единиц средняя частота спайковой активности была менее 5имп/с. Гистограммы интервалов, вычисленные для таких потоков спайковой активности, имели правостороннюю асимметрию. У остальных нейронов могли регистрировать до 40 потенциалов действия в секунду. Вэаимокорреля-ционный анализ одновременно регистрируемой биоэлектрической активности двух подкорковых структур выявил наличие слабой положительной или отрицательной линейной корреляционной связи со значением коэффициента линейной корреляции от +0,02 до +0,15. Построенные взаимокорреляционные функции имели отдельные экстремальные значения, но лишь в 209« реализаций они повторялись периодически. Импульсация срединного центра опережала активность неостриатума на 35+5мс,

На изолированное предъявление безусловного стимула отвечало 68 из 114 / 5Э6 / зарегистрированных нейронов хвостатого ядра, скрытый период ответа составлял от 25 до 120ис. В срединном центре таламуса при действии электрокожного раздражителя отвечало 4? из 64 исследованных клеток / 74% / и у подавляющего большинства нейронов - 39 из 47 /81Я/ были выявлены актйвационныа изменения. Как и в неостриатуме реакции таламуса имели фазный или тонический характер. Предъявление безусловного раздражителя сопровождалось дос-

товерными перестройками в характере биоэлектрической активности исследованных клеток / с1Г»100; 136; Р<0,01 /.

При выработке инструментально-оборонительного условного рефлекса условнорефлекторныэ реакция были зарегистрированы у 56 из 114 нейронов хвостатого ядра; у 22 клеток активационные, а у 34 - тормозные ответы. При первых сочетаниях у 13 из 22 клеток регистрировали либо тормозные ответы, либо нейроны,оказывались ареактивиыми, а в дальнейшем у них формировались условные активационные ответы.. У других 9 клеток активационные реакции были.зарегиатрированы уже при первых включениях значимого раздражителя. В зависимости от паттерна ответа можно было выделить три типа реакций, совпадающих с их особенностями описанными выше. У 16 клеток с тормозными условными ответами зарегистрировано полное угнетение импульсации или тоническое понижение её частоты в течение всего времени действия условного сигнала, а у 18 единиц торможение импульсации отмечалось только в начале действия звука. О достоверных перестройках в импульсном потоке свидетельствует интервальный анализ / <1£=100| 3^>136; Р<0,01 / и его автокорреляционная обработка.

В срединном центре таламуса условнорефлекторные перестройки сформировались у 51 из 64 / 8096 / исследованных клеток. У 42 из 51 нейрона реакции носили активационнуто форму. Для 25 из 42 единиц характерна начальная активация, за которой следовала вторичная активация. Активационные ответы второго типа имели тоническую форму. До 80# однонаправленных по знаку и по величине условнорефлектор-ных ответов выявлено у 34 из 42 клеток после 250-300 предъявлений положительного сигнала. Из 9 клеток таламуса с тормозной формой условнорефлекторного ответа у 2 нейронов угнетение импульсации показано в течение всего времени действия положительного сигнала, а у 7 - лишь в его начале. Структура импульсации таламического ядра отличалась от активности этих же клеток в начале фоновой записи / аг-юо, 5-136; Р<0,01/.

Показано увеличение взаимной связи импульсных потоков неос-триатума и зрительного бугра, отводимых- при действии значимого сигнала и в последействии. В первом случае коэффициент линейной корреляции у 9 пар нейронов не превышал +0,3, свидетельствуя о слабой степени связи, у 22 пар единиц находился в интервале +/ 0,3 ■» 0,5/-средний уровень и лишь у трёх пар клеток он приближался к +0,7 -указывая на сильную связь. При анализе активности следового последействия его значение не превышало +0,56. Увеличивалось и время, опережения биоэлектрической активности в таламусе до 63+12мс, тогда

как в отдельных реализациях его значение могло составлять 120мс.

4. Обсуждение результатов исследования.

Низкая частота следования потенциалов действия зарегистрирована у большей части клеток хвостатого ядра при анализе их фоновой активности. Эти данные соответствуют результатам исследований, выполненных на животных разных видов / Журавин И.А. ,1974; Levine M.S.pt. el., 1974; Hull C.D. et. al., 1974 ; Литвинова Л.И., Луханина Е.П., 1980 и др. / и объясняются особенностями внутреннего строения и нейрохимией афферентных входов ядра. Проведённые опыты показали, что у 6W клеток были выявлены различные по паттерну и знаку импульсные реакции в ответ на электрокожное раздражение передней конечности. Такие данные подтверждают мнение о выраженных интегративных свойствах анализируемого подкоркового ядра.

Об этом же свидетельствует и такой факт из этой серии опытов, что почти у половины клеток хвостатого ядра', зарегистрированных при реализации упроченного инструментально-оборонительного условного рефлекса, выявлены условнорефлекторные перестройки. Ответы нейронов в зависимости от их паттерна и знака, корреляции с поведенческой реакцией можно было разделить на несколько групп. Полученные данные позволили'высказать предположение о полифункциональном характере участия ядра в инструментально-оборонительном условном рефлексе. Мнение о модулирующей и формирующей функции подкоркового образования было высказано Н.Ф. Суворовым /1973, 1980/. Тонические условные реакции, выявленные нами, могут выполнять подобные моду-лирующие-настроечные функции. Начальные ответы могут быть связаны с пусковым характером действующего раздражителя, и они свидетельствуют о функциональном единстве хвостатого ядра с процессами афферентного синтеза. Изменения импульсации, начинающиеся перед двигательной реакцией, могут быть соотнесены с инициацией произво- . льного движения. Один из возможных механизмов участия ядра в организации таких форм движения был предложен Ph.M. Groves /1983/. Это положение нашло своё развитие в работе К.Б. Шаповаловой /1985, 1989/ и аргументировано новым литературным материалом.

Угашение инструментально-оборонительного и формирование .тормозного условного рефлекса / дифференцировочного и угасатель-ного / вызывало изменение паттерна условнорефлекторных ответов нейронов хвостатого ядра. Показано как угашение ответов, характерных при предъявлении положительного условного сигнала, так и изменение знака условных реакций. Отмечено появление импульсации у нескольких единиц "молчащих" при реализации положительного рефлекса. Учитывая данные об особенностях организации эфферентных

проекций хвостатого ядра на бледный шар и чёрное вещество /Вио11-иаЫ Я.Л.в^а].. ,19б2| Иготгев Ph.il. ,1983; А1еХапдег С.Ь.,1986,1990/ можно высказать предположение, что угашенне двигательной реагадии осуществляется через систему подкорковых структур с последующем их выходом на нейроны сенсомоторной коры, которые включаются в механизм внутреннего торможения. Определённая функциональная роль в формировании тормозного процесса может быть связана с уменьшением конвергентных свойств клеток коры из-за дополнительной активации неостриатума при формировании внутреннего торможения / АрушанянЭ.В., Отеллин В.А., 1976 /. Учитывая данные О.В.Годухина и др. /1981/ о зависимости характера импульсации от активации норы и зрительного бугра, изменения в структуре импульсного потока, показанные нами, позволяют высказать предположение р формировании новых нейрофизиологических отношений между хвостатыми ядрами, таламусом и корой при реализации положительного и тормозного условного рефлекса.

Исследование влияния одного из таких афферентных входов неостриатума - таламического на фоновую активность его нейронов установило, что обратимое функциональное выключение срединного центра сопровождается появлением спайковых разрядов у группы клеток, "молчащих" при интактном срединном центре. Вероятно, эти перестройки имеют в своей основе нейрофизиологические механизмы, аналогичные механизмам, обеспечивающим активацию "молчащих" клетон при предъявлении тормозного условного сигнала -. уменьшение интенсивности биоэлектрической активности срединного центра. Морфологические и нейрохимические особенности взаимоотношений зрительного бугра и неостриатума / Суворов Н.Ф., 1930; Горбачевская А.И., 1981; Вегвпве н.*. вг.а1./1990/ вероятно определяют неоднозначность изменений клеточной активности других групп нейронов хвостатого ядра, активацию или торможение их спонтанной импульсации после инактивации тала-муса и их гетерогенное распределение в ядре. В электрофизиологичв-ских опытах З.КаЗ* в*.а1 /1990/% К.А. ВисЬтга1<1 «и а1 /1981/ показано как облегчение, так и угнетение импульсации клеток хвостатого ядра при электрической стимуляции срединного центра таламуса. По мнению в.з, Випяву вг.а1 /1980/ холинергичес-кая природа характерна для медиатора, обеспечивающего эти таламо-стриатные взаимоотношения. Отведение активности от функционально различных элементов исследуемой структуры или от нейронов, занимающих различное положение в структуре хвостатого ядра, по некоторым данным сети с латеральным торможением, может лежать в основе различий в исходной средней частоте активировавшихся и зато-' рмозившихся клеток при анодической поляризации таламуса, что было

16 •

показано в работе. Разнонаправленность взаимных влияний низко-:и высокочастотных клеток неостриатума была установлена в опытах Б.Я. Пятигорского и др. / 1973 У.

Обратимое выключение ядра интраламинарной группы вызывало изменение интенсивности и длительности условнорефлекторных ответов активационного и тормозного типа у части клеток хвостатого ядра. Однако знак и общий паттерн нейронального условного ответа сохранялся неизменным. Поведенческие инструментальные двигательные реакции у экспериментального животного при поляризации таламуса сохра- ■ пились, но основные её параметры стали иными: возрос латентный период, уменьшилась высота подъёма лапы. Вероятно такие перестройки в произвольной инструментальной двигательной реакции обусловлены нарушением баланса.действия двух эфферентных систем хвостатого ядра / droves Ph.li., 1983t Шаповалова К.Б., 1935; Суворов Н.Ф., Шаповалова К.Б., 1986 / тормозной ГАМК-ергической и активационной Р-ерги-ческой, который последовал за выключением таламического ядра. Оптимальный уровень активности нисходящих эфферентных систем неостриатума определяется особенностями конвергенции импульсации, поступающей из соответствующих отделов коры и подкорковых структур, в частности из СМ таламуса. Это взаимоотношение нарушается при выключении интраламинарного ядра и, как следствие, сопровождается соответствующими сдвигами в регуляции межцентральных отношений, осуществляемых хвостатым ядром в данной форме условнорефлекторного поведения. Таким образом выявлен " модулирующий характер влияний из срединного центра на условнорефлекторные ответы нейронов неостриатума , клетки ядер стриато-таламо-кортикальной системы и на поведенческую реакцию животного. Фактический материал этой части опытов соответствует экспериментальным данным / Малюкова И.В., 1974; Шаповалова К.Б., Баженова С.И., I960 / о сохранении упроченного условнорефлекторного поведения при локальном повреждении зрительного бугра. Результаты внутриклеточных микроэлектродных исследований о предпочтительном влиянии кортикального входа на величину и знак постсинаптического потенциала нейронов хвостатого ядра / Purpura D.P., MaXltaai А., 1967; Buchirald H.A. et.al., 1973 / являются косвенным подтверждением лишь определённого уровня значимости импульсации из зрительного бугра на условнорефлекторную нейро-нальную активность неостриатума. Вероятно такая форма эксперимента позволила выявить лишь одну из возможных нейрофизиологических функций срединного центра.

Последняя серия опытов с одновременной регистрацией клеточной

спайковой активности от двух подкорковых структур позволила выявить более тонкие взаимоотношения между их биоэлектрической активностью. Взаимокорреляционный анализ фоновой импульсации неостриатуна и срединного центра установил наличие между ними слабо выраженной линейной корреляции с коэффициентом линейной корреляции но превышающим +0,15. Показано, что в ядрах таламуса процент высокочастотпих клеток превшиет их численное значение, полученное для хвостатого ядра. Эта особенность импульсации нейронбв зрительного бугра может быть обусловлена окончанием на его нейронах афферентных волокон, идущих от ретикулярной формации ствола мозга / Sefroniew M.W. ot.

Кратки Ю.Г., Сотниченко Т.С,,1987 / конвергенцией на его клетках импульсных потоков, от рецепторов соматических, висцеральных, вестибулярных, слуховых и зрительных систем / Мс. Renale et. al.,_ 1971» Дуринян P.A., 1975 /..Результаты наших'исследований соответствуют литературным данным; об этом, в частности, свидетельствует представленный выше материал с тестирующим плектро-кожным раздражением передней конечности.

В опытах с формированием инструментально-оборонительного условного рефлекса были получены данные о включении хвостатого ядра и срединного центра таламуса в функциональную структуру данной формы поведения. Активационныэ и тормозные отв*еты в неострпатуме сформировались более чем у 50# зарегистрированных клеток и большинство их локализовалось в дорзальном отделе. Эта область ядра / Rosvold П., 1972( Суворов Н.Ф., Баранов В.В., 1978 / в большей степени чем его вентральный отдел связывается с двигателышм компонентом рефлекторного поведения.

В срединном центре ответы клеток на условный раздражитель были более однозначны в сравнении с ответами нейронов неостриату-ма: более постоянными по интенсивности и длительности, более выраженными и носили,в основном, активационную форму, совпадая с ответами на безусловный стимул. Преобладание активациогашх условных ответов в таламусе, вероятно, обусловлено тем фактом, что это ядро генетически принадлежит к структурам ретикулярно-активационного типа. Длительные, во многих случаях тонические условные ответы, наблюдаемые при выработке условного рефлекса, свидетельствуют о неспецифическом - активационном характере данного афферентного входа неостриатума в механизме инструментально-оборонительного условного рефлекса. Рост коэффициента линейной корреляции между импульсными потоками двух подкорковых ядер свидетельствует о формировании более тесных отношений-между этими структурами. Однако,

ого значение, в основном, оставалось в пределах слабой и средней степени связи. Эти фактические данные наших опытов находятся в соответствии с экспериментальным материалом поведенческих исследо- --ланий других сотрудников нашей лаборатории / Шаповалова К.Б. ,1978, Т0В5; Баженова С.И, 1981 /. Высказано предположение / Суворов Н.Ф., Шаповалова К.Б., 1972 /, что готовке программы инструментально-оооронктельного условнорефлекторного поведения хранятся в корковых отделах сенсомоторной коры С1 и С2, проецирующихся, в частности, на хвостатое ядро; они определяют условнорефлекторный паттерн реакций его нейронов и поведенческую реакцию животного в целом. Об определяющей роли коры в инструментальном поведении высказываются :т другие авторы / Конорски Ю., 1970; Коффе М.Е., 1975 /..Исследование суммарной биоэлектрической активности / Щустов В.Н., 1978 / структур стриато-таламо-кортикальной системы показало, что инициатором процесса её синхронизации является кора.

5. Выводы.

I/ В условиях хронического микроэлектродного эксперимента фоновая активность 80л нейронов головки хвостатого ядра головного мозга кошки не пА эвышала 5 имп/с. Длительность межимпульсных интервалов составляла от 5-10мс до нескольких секунд. Около бда нейронов неостриатума отвечало на электрокожное раздражение передней лапы.

Одновременная регистрация фоновой активности нейронов головки хвостатого ядра и срединного центра таламуса выявила более высокочастотные свойства нейронов таламуса и слабую линейную корреляционную связь медцу импульсацией двух структур при отсутствии значимых сигналов.

2/ Обратимое функциональное выключение срединного центра таламуса изменяло характер фоновой активности у 50% нейронов головки хвостатого ядра. Торможение импульсации отмечалось у 43^ таких клеток, а у - показана активация спайковых разрядов. У нескольких клеток, "молчащих" при интактном таламусе, после его инактивации, зарегистрировано появление импульсной активности. Полученные данные могут свидетельствовать о модулирующем влиянии афферентного входа из срединного центра таламуса на фоновую нейрональную активность неостриатума, причём знак этого влияния определялся уровнем фоновой активности исследуемой клетки.

3/ При упроченном условном рефлексе у 58% нейронов головки хвостатого ядра регистрировали антивационные и тормозные условнорефлек-торные ответы, причём 7496 клеток, реагирующих на условный сигнал, локализовались в дорзальном отделе неостриатума. В 54% случаев

условные ответы нейронов исследуемой структуры были идентичны реакциям на безусловный стимул. Различные типы услопнорефлекто реакций нейронов неостриатума, отличающиеся по знаку и по паттерну, указывают на сложную полифункциональную роль хвостатого ядра э раа-лизации упроченного инструментально-оборонительного условного рефлекса. Сравнительное исследование условнорефлекторннх перестроек срединного центра таламуса показало, что у 8СW его нейронов были зарегистрированы в основном однотипные тонические актипацконнЫ'5 ps-акции, ко.торыэ формировались быстрее к были более интенсивными, чем ответы нейронов головки хвостатого ядра.

4/ Выработка тормозных условных рефлексов сопровождалась перестройками нейронной активности хвостатого ядра в сравнении с их отлетами на положительный сигнал. Наряду с клетками, у которых показано угнетение первоначальной условнорефлекторной реакции, зарегистрированы нейроны с ответами противоположного знака с преобладанием реакций антивационного типа на включение тормозного сигнала. Особую группу составляли "молчащие" нейроны при действии положительного сигнала; они становились фоновоактивннми при предъявлении тормозного условного раздражителя. Полученные факты свидетельствуют об участии нейронов хвостатого ядра в механизмах угасательного и дкф-ференцировочного торможения.

5/ Анодическая поляризация срединного центра таламуса изменяла / в 60$ случаев угнетала и в 4(У/ - активировала / ответы клеток головки хвостатого ядра на включение положительного условного раздражителя, при сохранении неизменным знака ответа. При этом отмечено угнетение самой поведенческой реакции: увеличение латентного периода ответа и снижение его амплитуды. Это позволяет предполагать, что в норме афферентация из срединного центра таламуса оказывает неспецифическое влияние на сформированный паттерн услозноро-флекторного ответа нейронов неостриатума.

6/ При формировании инструментально-оборонительного условного рефлекса устанавливались более тесные межцентральные корреляционные взаимоотношения между структурами стпиато-таламо-кортикальной системы, в частности, между хвостатым ядром и его неспецифическкм афферентным входом - срединным центром таламуса. Показана в основном средняя степень связи клеточной импульсной активности ядер промежуточного и переднего мозга.

7/ Полученные в диссертации новые экспериментальные данные раскрывает особенности системной организации двух центральных подкорковых структур в процессе формирования и реализации инструментально-оборонительного поведения.

6. Список основных работ, опубликованных по материален.) диссертации.

1. Михайлов А.В., Дрягин Ю.М. Магнитный способ фиксации микроэлектрода в условиях хронического эксперимента // Физиол. ж. СССР -1971. -Т.57, Г8. -С. I2I9-I22I.

2. Михайлов А.В., Дрягин Ю.М. Фоновая активность нейронов головки хвостатого ядра при свободном поведении кошки // Стриопаллидар-ная система. -Л. 1973. -С. 47-53.

3. Михайлов А.В., Суворов Н.Ф., Дрягин Ю.М., Королёв Е.Б., Капова-лова К.Б. Особенности функциональной конвергенции условных и безусловных сигналов на нейронах подкорковых образований // Симпозиум "Конвергенция и синапсы". -M. 1973. -С. 157-160.

4. Михайлов А.В., Дрягин Ю.М. Участие нейронов рострального отдела головки хвостатого ядра в формировании оборонительного условного рефлекса // Ж.висш.нервн.деяг. -1974. -^Т.24, Pl. -С. 64-73.

б. Михайлов А.В., Дрягин Ю.М., Мишши М.А., Архипенкова Т.Н. Установка для автоматической заточки нескольких вольфрамовых микроэлектродов И Ж.высш.нервн.деят. -1975. -T.25.R3. -С. 631-633.,

6. Михайлов А.В., Суворов Н.Ф., Королёв Е.Б., Дрягий Ю.М. Анализ нейрональной активности корково-подкорковых структур условного рефлекса // Ж.висш.нервн.жеят. -1978. -T.28,N"3. -С.557-565.

7. Михайлов А.В. Ответы нейронов хвостатого ядра на электрокожное раздражение лапы // Физиол.ж.СССР -i960. -T.66.IP9. -C.I325-I332.

8. Mikhailov A.V., Suvorov N.Î., Korolev Е.В., Dryagln Yu.M. Analjoio of neuronal actirity in the oortlco-aubcortioal structures of th? conditioned reflex // JHeuroaol. Behav. Physiol. -1980. V.IO,B4. -î. 358-366.

9. Михайлов A.В., Дехканбаев С.M. Устройство для длительной регистрации нейрональной активности в хроническом эксперименте

И Фиаиол. ж. СССР -1981. -Т.67,№5, -С. 767-771.

10 Михайлов А.В. иейрональная активность хвостатого ядра кошки при предъявлении положительных и тормозных условных раздражителей // Ж.высш.нервн.деят. -1982. -Т.32, N»6. -С. 1068-1076.

11 Михайлов А.В., Дехканбаев С.М., Фесик Г.Л. Усовершенствованные вольфрамовые микроэлектроды для отведения активности клеток подкорковых структур в хроническом эксперименте // Ж.высш.нервн. деят. -1982. -Т.32,Н°4. -С. 776-779.

12 Михайлов А.В., Дехканбаев С.М. Способ изготовления микровлекгро-дов П Авторское свидетельство на изобретение )Р9С2722, МШ3 АГ>Т/00. Залил. 07.01.80. Опубл. ОТ.02.82. Бил. Р5.

13 Михайлов A.B. Отведение нейрональной активности от нескольких структур головного мозга с помощью подвижно вживлённих Mvticp о электродов^/ Ж.внсш.нервн.деят. -1983. -Т. 33, И. -С. 173-177.

14 Михайлов A.B., Крылов A.A. Способ изоляции вольфрамовых микроэлектродов, используемых для отведения нейрональной активности в хронических исследованиях,// Фиэиол. ж. СССР -1983. Т.69,№12. -С. I638-I64I.

15 Михайлов A.B. Фоновая активность и ответы нейронов хвостатого ядра на условный раздражитель при поляризации срединного центра таламуса // 2.высш.нервн.деят. -1984. -T.34.F4. --С. 719-727.

16 Михайлов A.B., Горбачевская А.И., Лебедева Н.Е. Зависимость активности нейронов хьостатого ядра при реализации инструментально-оборонительного рефлекса от функционального состояния тала).!уса // Глубинные структуры мозга и поведение АН АрСССР -Ереван. 1985. -С. 233-245. ■

17 Михайлов A.B. Нейрональная активность хвостатого ядра и срединного центра таламуса при формировании инструмннтально-оборонл-тельного условного рефлекса // Ж. высш. нервн. дея-т. -1985. -Т.35, Р6. -С. I068-1075. "

18 Михайлов A.B. Методика изготовления и последующего использования вольфрамовых микроэлекгродов в хронических экспериментах на животных // Средства автоматизации физиологических исследований. Л.: Наука, 1988. -С. 61-70.

19 Михайлов A.B. Нейрональная активность структур стриато-таламиче-ской системы при формировании инструментально-оборонительного условного рефлекса // 4-ый Симпозиум "Сгриатная система и поведение в норме и патологии". -Л. • Наука, 1988. -С. 79-81.

Ртп.1Т0Л0.0Ч.92.3ак.2П Т.ЮО.Бееплаяю.