Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Влияние отвлекающих раздражителей на активность нейронов моторной и теменно ассоциативной коры кошки при действии условной и безусловной стимуляцией

ВАК РФ 03.00.13, Физиология

Автореферат диссертации по теме "Влияние отвлекающих раздражителей на активность нейронов моторной и теменно ассоциативной коры кошки при действии условной и безусловной стимуляцией"

КИЇВСЬКИЙ УНІВЕРСИТЕТ Імені ТАРАСА ІЕВЧКШ

ргб од

г к І335

На правах рукопису

КНИГА Ганна Павлівна

ВПЛИВ СТОРОННІХ ПОДРАЗНИКІВ НА АКТИВНІСТЬ НЕЙРОНІВ МОТОРНОЇ І ТІМ’ЯНОЇ АСОЦІАТИВНОЇ КОРИ КІШ ПРИ ДІЇ НКОВНОЇ ТА БЕЗУМОВНОЇ СТИМУЛЯЦІЇ

03.00.13 - фізіологія людини І тварин

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук

Київ - 1995

Робота виконана у відділі фізіологи внцої нервової діяльності Інститути фізіології їм. 0.0. Богомольця НАН України

Науковий керівник:

доктор біологічних наук, професор В.М. Сторояук

Офіційні опоненти: . _

доктор ведичних наук, професор В.О. Черкес

доктор біологічних наук Ю.П. Горго

Провідна установа - Український деріавннй медичний універси-

тет їй. 0.0. Богонольця

Захист дисертації відбудеться червня 1995 року

о годині на засіданні спеціалізованої вченої ради

Д 01.01.10 при Київському університеті імені Тараса їевченка Адреса: 252033, Київ-33, вул. Володииирська, 84

З дисертацією ковка ознайомитись у бібліотеці Київського університету Імені Тараса Иевченка

Автореферат розісланий "„“ травня 1995 року.

Вчений секретар . спеціалізованої ради

кандидат біологічних наук Г.П. Тувинець

Загальна характеристика роботи

Актуальність проблеми. Проведені дослідження присвячені вивченню особливостей та нейрохімічних механізмів гетеросенсорної взаємодії різних аферентних сигналів на нейронах неокортексу у бадьорих тварин. Останніми десятиріччями з’явилась велика кількість експериментальних даних «одо питання взаємодії різномо-дальної аферентації на клітинах кори (Васильєва. Зотова, 1987; Казаков, 1972; Пирогов, Орлов, 1970; Серков, 1985; 1989; Яновский, 1985; БЬеГапІз, Зазрег, 1964), але значна частина цих дос-лідіень проводилась на наркотизованих тваринах, або на тваринах з попередньо зганеними орієнтувальними реакціями на подразники, внаслідок чого з поля зору експериментаторів зникали деякі важливі моменти, властиві діяльності Інтактного головного мозку у стані його природної активності. Мається на увазі, *о алертним тваринам (на відміну від наркотизованих) властива активація структур головного мозку, які формують певний мотиваційний стан організму, підключаючи процеси вибірковості уваги та використання минулого досвіду у вигляді - активації пам’ятного сліду (Судаков, 1980; 1987; 1991). Ці процеси мають велике значення для виділення важ-

ливоГ інформації та Ігнорування другорядної у відповідності 8 принципом домінанти О.О.ахтомського (йхтомский, 1925).

Відомо, чо на рівні стовбура мозку аферентний потік розга-луджується, Частина його класичними специфічними «ляхами крізь релейні ядра таламуса надходить у проекційні зони кори I несе Інформацію про Фізичні параметри подразника. Інна частина залучає до активності неспецифічні структури стовбура мозку, таламуса, гіпоталамус та базальні ядра. Вважається, цо крізь ці проекції до неокортексу надходить Інформація про біологічне значення аферентних сигналів (Анохин, 1988; Ильюченок, 1972).

Дослідження багатьох авторів, присвячені проблемі взаємодії на нейронах кори різномодальних аферентних входів, як правило, не враховували усв складність внутрівньонозкових механізмів та процесів, властивих роботі головного мозку тварин в умовах природної життєдіяльності, обмежуючись спрощеними моделями експериментів. На най погляд, питання про взаємовідновення внутрішнього мотиваційного стану організму з обстановочною аферентацією, яка надходить Із зовнішнього середовииа, в ситуації "зіткнення" поточної умовнорефлекторної діяльності тварини з надходженням нового важливого подразника, який викликає орієнтувальну або захисну реак-

цію. на рівні активності окремих клітин неокортексу заливається практична не вивченим. Незваїаючи на велику кількість дослідіень, присвячених з’ясуванню нейрохімічних механізмів мозку, пов'язаних в мотиваційний збудяеннян, га можливої ролі при цьому норадренер-гічного впливу на активність нейронів кори (Котляр, 1989; Симонов, 1987; Судаков, 1990; Bllzard, 1988; KcComtck, 1989; 1992; HcComlck, Pape, 1990; McCorulck, Hang, 1991; Sterlade, KcCarley, 1990) питання про участь норадренергічних проекцій в неокортексі в процесах гетеросенсорноії взаємодії значущих для тварини подразників, потребуе подальмого вивчення.

У зв'язку з цим проведена робота мала за мету вивчити особливості взаємодії різних значущих сигналів на нейронах неокортексу у бадьорих тварин та характер цчасті в цих процесах норадре-нергічного впливу. •

Для досягнення поставленої мети було необхідно вирівити такі основні завдання:

1. Проаналізувати характер змін Імпульсної активності нейронів

неокортексу на безумовну електрсикірну стимуляцію під впливом додаткових зовнішних подразників, які викликають у тварини орієнтувальну, захисну або реакцію здобуття ї»ї. .

2. Вивчити варіаційність реакцій нейронів, пов’язаних Із здійсненням твариною інструментального умовного рефлексу, при відверненні уваги тварини дією додаткових зовнішних подразників.

3. З’ясувати з допокогоя мікроіонофоретичної аплікації норадрена-ліну, адреномиметика ефедрину та адреноблокатора обзідану характер участі норадренергічних впливів в механізмах взаємодії на нейронах неокортексу різних значущих для тварини сигналів.

Наукова новизна роботи. Вперше в дослідженнях по відведенню Імпульсної активності нейронів кори у бадьорих тварин переконливо продемонстровано, що реакції нейронів на безумовну електроакірну стимуляцію нонцть значно гальмуватись as до їх зникнення під впливом різних подразників, які відвертають увагу тварини та ви-передвають електрошкірне подразнення СЕІП) на 1,0 - 1,5 с. Вперше при проведенні дослідіень по відведенно активності нейронів кори у бадьорих тварин показано, цо подання додаткових подразників на Фоні виконання твариною інструментального рефлексу викликає у більшості випадків збільшення латентних періодів нейронних реакцій, пов’язаних із здійсненням умовнорефлекторних рухів, а таков зменшення Інтенсивності та тривалості цих реакцій. В дослідах з

- з -

іонофоретичшш підведенням норадреналіну, ефедрину та обзідану отримано нові дані про участь норадренергічних впливів у пригніченні активності клітин кори при відверненні уваги тварини від умовного або безумовного ЕИЩ дієш додаткових зовнікннх стимулів. Показано, що гальмуючий вплив норадренергічної системи мозку на нейрони неокортексу опосередковується через ^в-адренорецептори.

Теоретичне і практичне значення роботи. Дослідження здійснювались на бадьорих тваринах, частину яких навчали за методиков інструментального умовного рефлексу ставлення лапи на опору (Бурев и др., 1991). Це дозволило докладно розглянути механізми роботи нейронів кори, пов'язані з мотиваційний станом 1 настровван-ням тварини на сприйняття подразників певної якості за рахунок спрямованості сенсорної уваги, чо досі не враховувалось експериментаторами, які займаються проблемов гетеросенсорної взаємодії на нейронах Кори. Було отримано нові дані водо характеру змін Імпульсної активності нейронів, пов’язаної із здійсненням умовнорефлекторних рухів; розглянуто питання про нейрохінічні механізми неспецифічного гальмування у неокортенсі; з’ясовано характер участі в цих процесах норадренергічних впливів. Результати проведеної роботи моауть бути використані при читанні лекцій по Фізіології студентам біологічних, медичних та психологічних спеціальностей вузів.

Апробація роботи. Основні полоіення дисертації викладені 1 обговорені ка*. •

Всесопзномц симпозіумі "Нейрофізіологічні механізми навчання" (Київ, 1991); науковій конференції "Актуальні проблеми Фізіології" (Київ, 1992); Європейській огколі молодих дослідників-ней-рофізіологів "Cognitive Neuroscience" (Неймеген (Нідерланди), 1994): Європейському семінарі нейрофізіологів ‘‘Deficits in Perception" (Неймеген, 1995); а такої на семінарах сектору загальної фізіології нервової системи Гнституту Фізіології їм.

0.0.Богомольця НАН України (Київ, 1990-1995),

Публікації. Результати роботи викладено в 9 наукових публікаціях ( 7 статтях та 2 тезах доповідей на конференціях).

Структура роботи. Дисертація складається з вступу, огляду літератури, опису методик, результатів та їх обговорення, висновків та списку цитованої літератури ( 172 назви). Роботу викладено на 144 сторінках друкованого тексту та Ілюстровано 28 рисунками 1 і таблицей.

Об’єкти 1 методи досліджень. .

Експерименти проводились в хронічних дослідах на дорослих котах масою 3,0-3,5 кг, яких розміцрали в спеціальному гамаку. Передні лапи котів при цьому вільно звисали вниз. Частину тварин навчали по методиці Інструментального умовного рефлексу ставлення лапи на опору. Умовним стимулом було звукове клацання або елект-рошкірне подразнення (ЕИП) передньої лапи тварини. ЕВП наносили за допомогою пари голчатих електродів, розташованих на спеціальній манхетці, яка розміщувалась на дистальній частині лапи тварини. Генератором ЕВП (поодинокі прямокутні Імпульси струму тривалістю 1 мс та амплітудою 2,5-3,0 В) та звукових подразнень (прямокутні імпульси струму тривалістю 1 ис та амплітудою 40 В) був електростимулятор (ЕСУ-2).

Після умовного стимулу кіт здійснював умовнорефлекторний рух

- постановки лапи на горизонтальну опору, за цо отримував від експериментатора харчове підкріплення - шматочок м'яса або риби.

Після звикання тварини до експериментальної камери та навчання їй робили хірургічну операцію. Під нембуталовим наркозом (40 мг/кг маси, Інтраперитоніально) трепанували череп над зонами відведення Імпульсної активності нейронів кори (поля 4, 5, 7 по (Назаіег, ИиЬз-С1епепЪ, 1964). В трепанаційнону отворі закріплювали латунну втулку, в яку під час досліду вкручували маніпулятор з трьохканальнин скляним мікроелектродом. Зовнішній діаметр втулки 10 нм, внутрішній - 8 мм. Втулка під час досліду була Індиферентним електродом. Один канал нікроелекгрсду заповнювали розчн-ном ИаС1 (4 ноль/л). Він призначався для позаклітинного відведення імпульсної активності. Зовнішній діаметр иікроелектрода 5-Ю мікрон, опір каналу для реєстрації не перевищував 10 ИОм. Іняий канал заповнювали фізіологічним розчином для проведення контрольних проб. Третій канал мікроелектроду заповнювали розчином однієї з наступних синаптично активних речовин: норадреналін гідротарт-рат (0,5 моль/л), ефедрин гідрохлорід (1 моль/л), обзідан (З ммоль/л). Для мікроіонофорезу використовували перетворювач напруги, з’єднаний з каналом підсилювача. Струм форезу 50 нА, нів аплікаціями пропускали струи підпору протилеиної полярності величиною 10 нй, Іонофоретичні аплікації тривали 11с.

Було проведено 4 серії дослідів. В першій вивчали дію под-

разників, цо відвертають увагу тварин, на імпульсні реакції нейронів моторної та тім’яної асоціативної кори, яки викликаються пред’явленням безумовного електроикірного подразнення передньої лапи. Для цього використовували: і) спалах світла у темній експериментальній камері; 2) звуковий тон не більше 60 дБ над порогом чутності людини; 3) обдування морди тварини струменем повітря; 4) приміщення у поле зору тварини «маточка м’яса. Нерві два подразника викликали у котів орієнтувальний рефлекс, третій - захисну реакція, четвертий - реакцій здобування ї«ї. Додатковий (до ЕВП) подразник подавали за 0,5-1,5 с до ЕВП.

З другій серії дослідів брали тварин, яких навчали за методикою Інструментального умовного рефлексу ставлення лапи на опору. Додаткові подразники (спалах світла, звуковий тон або обдування морди тварини) подавались за 0,5-1,0 с до умовного стимулу або після запуску умовного рефлексу 1 після початку здійснювання твариною інструментальних рухів.

Третя та четверта серії дослідів повторювали відповідно експерименти в першій та другій серіях, але вони здійснювались на фоні Іонофорегичних аплікацій ефедрину, обзідану або норадреналі-ну. В цих дослідах використовували один додатковий подразник -обдування морди тварини струменем повітря. •

Для аналізу та обробки експериментальних даних користувались записами на папері та магнітній стрічці. Відмітки подразнень, початок здійснення умовнорефлекторних рухів та активність нейронів кори, перетворені у стандартні Імпульси, вводились в пам'ять ЕОН СЫ-4 для статистичної обробки та побудови перистимульних гістограм. При цьому як достовірну реакцію розглядали такі значення нейронної Імпульсації, які перевищували середній рівень фонової активності на 2&.

Робота виконана на 18 котах, зареєстрована активність 233 нейронів моторної та 112 нейронів тім’яної асоціативної кори.

Результати дослідяення. .

Вплив зовнінних значущих подразників на реакції нейронів моторної 1 тім’яної асоціативної зон кори, які викликаються дієш електрошкірної стимуляції.

В першій серії експериментів вивчали вплив зовніпних -значу-цих подразників на нейронні реакції кори, які викликались дією

безумовного електроикірного подразнення передньої лапи тварини. Дослідїєння проведені на 4 дорослих котах. Відведена Імпульсна активність 26 нейронів моторної (поле 4) та 60 нейронів тім’яної асоціативної (поля 5, 7) кори, у яких у відповідь на ЕІП реєструвалась чітка реакція збуднувального.характеру з латентним періодом не більше 50 мс. Порівнювались реакції на ЕШП, зареєстровані у тварин в спокійному стані (контрольні реалізації), в початковий період пред’явлення додаткового зовнішнього подразника та після його тривалого використання. Було встановлено, що коли дія подразника, який викликає у кота орієнтувальний рефлекс, випередаає ЕШП на 1 с, то протягом не менше 5-8 реалізацій Імпульсні відповіді нейронів 4, 5 та 7 полей на електрошкірну стимуляцію значно зменшували Інтенсивність або зовсім не проявлялись. При подальшому пред’явленні подразника та згасанні орієнтувального рефлексу нейронні реакції на ЕІП відновлювались. У деяких випадках це су-проводиувалось ефектом полегшення та подовиення тривалості відповіді нейронів на ЕВП (на 100-200 мс). Нанесення електрошкірної стимуляції після попереднього (за 1 с) обдування морди тварини струменем повітря, що викликало у кота виразну захисну реакцію, призводило до такого і гальмування нейронної відповіді на ЕІП, як І вплив спалаху світла або звукового тону, що викликало у тварини орієнтувальний рефлекс. Дія ЕШП на фоні пред’явлення тварині шматочка н'яса призводила у більиості випадків до повного гальмування нейронних реакцій на ЕІП 1 в моторній 1 в тім'яній асоціативній корі. При цьому рі-вень нейронної Імпульсації зареєстрованих нервових клітин істотно змінювався (порівняно з контролем). Так, приміщення в поле зору голодної тварини м'ясного підкорму викликало збільшення рівня Імпульсації у 2 рази, тоді як обдування морди кота призводило до значного зменшення рівня імпульсації, або зовсім не впливало на нього. В проведених дослідах основна увага приділялась співвідноаеннв сигнал/шум. Було продемонстровано, що пригнічення нейронних відповідей на ЕШП не пов’язано з коливанням рівня фонової Імпульсації і реєструється при його збільшенні, зменшенні або постійному рівні. Ефективність гальмуючого впливу додаткових значущих подразників на реакції нейронів нео-кортексу залеяала від Індивідуальної чутливості котів до цих сигналів, а таков - від тривалості їх пред’явлення. Звивання тварин до дії подразників призводило до згасання орієнтувального рефлексу та відновленнв нейронних відповідей на ЕШП. Пред’явлення м’яс-

ного підкорму втрачало свою ефективність, як подразнення, по від-вертаеть увагу тварини, в міру того, як відбувалось її насичення.

Особливе значення для отримання описаних вкце результатів мала 1 величина Ш. При збільшенні Інтенсивності подразнюючого електровкірного стимулу вице підібраної експериментатором гальмуючий ефект дії сторонніх подразників такої зникав.

& декількох дослідах вивчали характер змін Імпульсних реакцій нейронів моторної І тім’яної асоціативної кари на ЕВП при послідовному пред’явленні двох електровкірних подразнень -контра- і Іпсилатеральної кінцівки тварини. Встановлено, цо ЕВП однієї кінцівки викликає полегвувчий ефект для проявлення нейрон-ної відповіді на електровкірну стимуляцію Інвої лапи на протязі 1,5 с після дії перного подразнення.

Найбільв виразно цей ефект спостерігався у випадках знинення одного з ЕДОІ до підпорогової величини. При цьому після сполучення його з надпороговим ЕВП слабке електровкірне подразнення викликало нейронну реакцій 1 могло бути використано як умовний стимул при навчанні тварини за методикою умовного рефлексу.

Зміни активності нейронів кори під впливом сторонніх подразнень при здійсненні тваринами умовного інструментального рефлексу.

Другу серів дослідів було проведено на 7 котах, яких навчали за методикою Інструиентального рефлексу ставлення лапи на опору. Зареєстрована імпульсна активність 44 нейронів моторної та 52 нейронів тім’яної асоціативної кори. Трьом тваринам сторонні подразники подавались за 1 с до початку дії умовного стимулу. У 29 клітин поля 7 у відповідь на використання відвертаючих увагу подразників спостерігались реакції збуджувального характеру тривалістю від 200 до 700 ис. У 3 нейронів реєструвались відповіді гальмівного характеру. Виникнення нейроннкх реакцій на дів сторонніх подразників призводило до значного послаблення відповідей на умовний стимул. Одночасно з цин латентні періоди умовнорефлекторних рухів (УРР) подовврались. 9 деяких реалізаціях постановочні рухи здійснювались тваринами до подання умовного стимулу або зовсім не виникали. Після 5-8 ввивань сторонніх подразників інтенсивність нейронних відповідей на їх дів починала зменвува-тись, і після зникнення рухових реакцій . тварин такі відповіїді більие не спостерігались. Паралельно відновлювались первинні iteft-

ронні реакції на умовну стимуляціє, а латентні періоди УРР приймали попередні значення.

Для вивчення більв тонких впливів сторонніх подразників на нейронну активність при умовному рефлексі , в ситуації коли додатковий подразник ке вносить змін у поведінкові реакції тварини, пов'язані Із здійсненням УРР, в подальших дослідвеннях на відміну від звичайних методик.користувались одним заходом - подавали додатковий подразник після умовного стимулу та початку здійснення твариною умовнорефлекторного руху. Дія відвертаючого увагу подразника. який подавався тільки після початку УРР, сприяла змінюванню характеру реакцій нейронів на умовний стимул та поступовому (на протязі 8-І2 реалізацій) формуванні) нового характеру стійкої відповіді, яка Істотно відрізнялась Інтенсивністю та латентними періодами (ЛП) від первинної. При цьому відповіді на дів умовного стимулу відзначались зменшеною інтенсивністю та більв тривалими ЛП. Порівняння реакцій одних 1 тих ве нейронів при ізольованій дії умовного стимулу та його сполученні Із стороннім подразникам показало, цо дія сторонніх подразнень сприяє більв пізньому розвитку нейронних реакцій. Латентні періоди імпульсних відповідей нейронів, пов'язаних Із здійсненням УРР, збільшувались у коаному випадку по-різному. Для одних нейронів збільшення ЛП не перевичу-вало 50 не, для Інших складало не менше 100-150 мс. У половині цих реалізацій ЛП умовнорефлекторних рухів залишались без змін.

Аналогічні зміни нейронних реакцій на пред'явлення умовного . стимулу спостерігали при зменшенні амплітуди сигналу, цо подавався з електростимулятору на динамік, з 40 до 10 В (тобто при зни- . «енні гучності запускаючого рефлекс звукового клацання). Иезваїа-кчи на здійснення тваринами умовнорефлекторних рухів з сталими параметрами (ЛП 1 тривалість), Інтенсивність пов'язаних з цим реакцій. нейронів значно знизувалась, а їх ЛП зростали. Ці зміни відмічали у нейронів 4 та 7 полей кори.

&шма іонофоретичної аплікації ефедрину та обзідану на імпульсну активність коркових клітин при електроикірній стимуляції І дії додаткового зовнішнього.подразнення.

Ь третій серії дослідів було відведено імпульсну активність 62 нейронів моторної кори (поле 4). На ізольовану дів ЕВП в них вшикал» чіткі реакції збудяувального характеру з латентним періодом ке більше 50 мс. У 43 нейронів контрольні реакції на елект-

ровкірне подразнення кінцівки порівнювали з відповідями на тане а саме ЕЇП, але після попереднього Іонофоретичного підведення адре-нокіметику непрямої дії ефедрину. Реакції на ЕНП 33 нейронїв поля

4 порівнювали з активністю тих самих нейронів після іонофоретич-ної аплікації блокатору ^-адренорецепторів обзідану.

. Переваїним ефектом дії ефедрину було пригнічення активності кори, цо була викликана ЕНП. Це спостерігалось і у випадках змен-вення її фонової ікпульсації І при її сталосгІ.-.Полегвувчий вплив на нейронну Іхпульсацію не був характерний, але в цьому випадку співвідновення сигнал/вум заливалось иайае без змін. Аплікація обзідану у більиості випадків призводила до протилеаного ефекту.

Результати порівняння впливів ефедрину 1 обзідану на нейрон-ну активність нори наведено у таблиці. .

Таблиця. Вплив ефедрину і обзідану на фонову та викликану

ЕЗП активність нейронів моторної кори.

Характер імпульсної ■активності За 1 іін

під впливой ефедрину під впливом обзідану

підви- знизан- баз підви- знииен- без

щення ня змін щення ня змін

Фонова 4 11 34 1.4 2 10

Викликана ЕІП 3 25 21 20 3 10

Примітка. Н таблиці вказана кількість зареєстрованих нейронів.

Полвішупчий вплив обзідану на нвйронні реакції, викликані ЕІП, яскраво виявився у трьох зареєстрованих - клітин поля 4.

. - 10 -

Реакції всіх зареєстрованих клітин на ЕВП спостерігали такої у реалізаціях, де електроннірне подразнення пред’являлося після дії додаткового подразника - обдування морди тварини струменем повітря. Локальне обдування проводили за 0,5-1,0 с до ЕВП. Для з’ясування можливої участі адренергічних передавачів у процесах пригнічення викликаної ЕВП нейронної активності при дії додаткового значущого подразника контрольні реалізації спільного вмивання ЕВП 1 обдування порівнювали з реалізаціями, де ці подразнення подавали на фоні іонофоретичної аплікації ефедрину або обзідану.

Гальмуючі впливи ефедрину 1 обдування на фонову 1 викликану ЕБП нейрокну активність поля 4 були аналогічними. Вони призводили до значного зменшення інтенсивності і тривалості цих реакцій. Щодо дії адреноблокатору, то його вплив був перевавно проткленним. Нанесення електроюкірного подразнення на фоні одночасної дії обдування і аплікації обзідану призводило до повного або часткового поновлення нейронних реакцій на ЕВП (при порівнянні з контролем).

Зміни нейронних реакцій під впливом норадреналіну, ефедрину та обзідану при здійсненні тваринами умовного рефлексу та дії додаткового подразнення. .

В четвертій серії дослідів було зареєстровано імпульсну активність 66 нейронів моторної кори (поле 4). Реакції 28 нейронів в контрольних реалізаціях виконання тваринами Інструментального рефлексу ставлення лапи на опору порівнювали з активністю тих самих нейронів під час здійснення УРР на фоні аплікації норадреналіну, на Фоні обдування морди тварини струменем повітря, а таков

- при спільному ввиванні апліфікованого норадреналіну 1 обдування. У 16 нейронів за вищевказаною схемою досліду вивчали активність до 1 після іонофоретичного підведення адреноміметику ефедрину, у 44 нейронів - іонофоретичної аплікації обзідану.

Зміни викликаної активності нейронів кори при виконанні тваринами Інструментального рефлексу було проаналізовано для коїного з двох компонентів цієї активності: реакції нейронів на уновний стимул (ЕВП) та більв пізньої відповіді, пов’язаної Із здійсненням УРР.

У 14 нейронів аплікація норадреналіну гальмувала відповіді на ЕВП, при обдуванні аналогічну тенденцію спостерігали у 20 нейронів. 9 трьох випадках норадреналін викликав полегвення нейронної активності, у двох клітин цей ефект викликало обдування. У 6

нейронів реакції, пов’язані Із здійсненням умовнорефлекторних рухів, під впливом норадреналіну пригнічувались (схоїий ефект відмічали у 7 нейронів під впливом обдування).

При іонофоретичному підведенні адреноміметика ефедрина по-легвувчих впливів на фонову та викликану Імпульсну активність не спостерігали. У 11 клітин аплікація ефедрину викликала змениення реакції на умовний стимул, При дії обдування рівнозначне пригнічення реакції відмічали у 9 нейронів. -

У половини зареєстрованих клітин Іонофсрез ефедрину призводив до значного гальмування активності, пов’язаної з виконанням УРР. При здійсненні рефлексу Іпсилатеральною (по відновеннв к області відведення нейронної імпульсації) лапо», редуковані реакції на УРР повністю гальмувались ефедрином. У переважної більшості випадків впливи ефедрину 1 додаткового подразника (обдування) мали односпрямований характер. Це стосувалось обох компонентів Імпульсної активності - реакції, викликаної ЕіП, 1 реакції на здійснення УРР у одних 1 тих ке нейронів кори.

Дія обдування 1 аплікація адреноблокатору обзідану викликали переважно протилежні ефекти. 9 25 клітин реакція на електровкірне подразнення кінцівки під впливом обзідану зростала. При цьому спостерігали збільвення частоти Імпульсації на протязі 100-150 мс після пред'явлення ЕШ1. У 22 цих самих нейронів під впливом обдування частота Імпульсації істотно змениувалась. Тільки у 5 клітин спостерігали пригнічення реакції ка умовне СОП під впливом обзідану (відповідно у 4 з них цей ефект відмічався під впливом обдування).

Протилеана спрямованість впливів обзідану та подразника, цо викликав у тварини захисну реакців (обдування), була властива і нейронним реакціям, пов'язаним з виконанням тваринами умовних рухів. При цьому гальмуюча дія обдування повні сто або частково усувалась впливом Іокофоретичного підведення ^-адреноблокатору обзідану при їх спільному вживанні.

Обговорення.

В основі успіаної цілеспрямованої діяльності людини та тварин леяить адекватне сприйняття навколивнього середовива, цо за-беспечуеться надходіенням у кору головного мозку біологічно значущої аферентної Імпульсації. Важливу роль в цьому процесі відіграють два взаємозв'язаних стани організму - увага 1 мотивація.

Селективна увага може фокусуватися тільки на значувих стимулах, тому вона тісно пов’язана з мотивацією та навчанням. Значувість стимулів визначається домінантною за даних обставин мотивацією. Вибіркове надходиення необхідної інформації, яке обумовлюється станок тварини, підтримує мотивація на належному рівні. Завдяки цьому пластичні перебудови Імпульсної активності нейронів, які відбуваються в результаті зміни мотивації або її рівня, можна зв'язати Із змінами характеру сенсорної уваги тварин внаслідок використання в експерименті подразнення Інвої якості.

Відомо (Судаков, 1989; Соколов, 1981), во при адаптації тварин до експериментальної обстановки у них формується певна рецепторна модель оточуючого простору, яка забезпечує оптимальне сприйняття діючих подразників. У проведених нами дослідах елект-ровкірне подразнення лапк у кота викликало імпульсні реакції тільки у тих випадках, коли воно було найбільш значущим Із всіх зовнівних впливів, що дівть в даний момент часу. Пред’явлення за І,0-1,5 с до ЕВП спалаху світла або звукового тону, які викликали у кота орієнтувальну реакцій, призводило до значного зменвення нейронної відповіді на електуовкірне подразнення ан до її повного зникнення. Згасання орієнтувального рефлексу супроводжувалось . відновленням активності, чо викликалась ЕВП.

Нанесення ЕВП після обдування морди тварини струменем повітря, що викликало у кота захисну реакцію, таков значно редукувало викликана електроикірнии подразненням нейронну активність. До подібного ефекту призводило пред’явлення ЕЕШ в той момент, коли увагу голодної тварини відвертали, показуючи їй вматочок м'яса.

Описаний феномен спостерігали при відведенні активності нейронів 1 моторної 1 тім'яної асоціативної кори. Основною відмінною особливістю був різний рівень Ішіульсації 4, 5 та 7 полів після пред’явлення вищевказаних подразників.

. Як правило, при проявленні у тварин реакції здобування ВД, частота нейронної Імпульсації Істотно збільиувалась (Іноді и 2-3 рази при порівнянні з контролем) і в моторній і в тім'яній асоціативній корі. Подразнення, які викликали захисну реакцію, у різних нейронів призводили до зниження або незначного звільнення частоти Імпульсної активності. При цьому у нейронів тім’яної кори пригнічуючий ефект був переважним. Його відмічали більше нів у половини дослідвених клітин. В той же час у нейронів моторної кори процентне відношення активізованих та гальмованих клітин було

- ІЗ -

приблизно однакове. При орієнтувальних реакціях коливання рівна нейронної активності було незначне. Проте в усіх трьох випадках -при збільвенні частоти Імпульсації, при її зниженні або а реалізаціях, де вона заливалась без змін, - величина викликаної Е!П нейронної відповіді при відверненні уваги тварини значущими подразниками зменвувалась аа до повного її зникнення. При цьому співвідноиення сигнал/вум було різним у кожній серії експериментальних ситуацій з різним типом мотиваційного збудження.

Проведені дослідження переконливо свідчать, цо варіації ней-ронннх відповідей на тестове електровкірне подразнення відобража-вть зміни порога збудливості одних 1 тих яе нейронів неокортексу під впливом сторонніх значучих подразників. Це положення особливо підтвердить результати дослідів, в яких надпорогове Е0П поєднували з підпороговим.

Можливість значної редукції викликаних потенціалів (ВП) на різномодальні подразнення при прояві орієнтувально-дослідницької або захисної поведінки відмічалась раніве багатьма авторами (Загас,. 1975; З'рнандец-Пеон, 1979). В проведеній роботі це явице було вперве продемонстровано на рівні реакцій окремих нейронів нео-кортексу (поля 4,3,7 моторної І тім’яної асоціативної кори мозку кіпки). Причому одеряані нами дані не дозволяоть інтерпретувати цей феномен тільки як результат звичайного блокування імпульсного потоку (Батуев, 1991; Воронин, 1979). Незважаючи на схожий характер змін відповідей на Е5П. и одних 1 тих же нейронів під впливом-зовніиних значуяих подразнень однакові реакції в розглянутих ситуаціях не спостерігали. Кожному мотиваційному стану тварини відповідав певний рівень частоти ІмпульсацН клітин кори, на фоні якого реєстрували нейронні відповіді на тестове електровкірне подразнення. Таким чином, відведені в навих дослідах нейронні реакції були інтегрованими відповідями, які виникали внаслідок злиття різних аферентних потоків, чо надходять до кори з розтаио-ваних нижче структур.

У другій серії експериментів було встановлено, «о при здійсненні твариною інструментального умовного рефлексу відвернення її уваги діє» сторонніх подразників (спалах світла, звуковий тон, обдування) також істотно зхінвє імпульсні реакції нейронів кори, пов'язані з пред'явленням умовного стимулу та виконанням умовнорефлекторних рухів (УРР). Так, при виникненні у котів орієнтувальної реакції (тобто при зміні напрямку сенсорної уваги тварини

від виконання рефлексу до діючого стороннього подразнення) спостерігали пригнічення нейронної активності, супутньої рефлексу. Коли сторонній подразник випереджав умовний стимул (у вільності дослідів на і с). виникнення нейронних реакцій на дів подразника призводило до значного гальмування відповідей на умовний стимул. При цьому спостерігали збільвення тривалості латентних періодів УРР» цо супроводаувалося значним зниженням Інтенсивності нейронних реакцій. ,

В подальших дослідах ми намагалися встановити, чи буде змі-ншватися нейронна активність, коли латентні періоди здійснення тваринами умовнорефлекторних рухів заливаться постійними. Для цього сторонній подразник почали подавати після умовного стимулу

1 запуску УРР. Було виявлено, цо це призводить до пригнічення ко-ротколатентних імпульсних реакцій, при цьому латентні періоди виникнення нейронної активності, пов'язаної з виконанням Інструментального рефлексу, значно збільвувться без кореляції з початком здійснення УРР. Цей ефект спостерігали у нейронів як моторної, так 1 тім’яної асоціативної кори, але в зв'язку з певними методичними обмевеннями (проведення досліду в умовах хронічного бага-тотиіневого експерименту) ми не мали можливості провести аналіз цитологічних та функціональних особливостей зареєстрованих нейронів. Приблизно в 20% реалізацій пред’явлення стороннього значущого подразника після умовного стимулу призводило до повного гальмування нейронної активності, пов’язаної з виконанням рефлексу, незвахавчи на здійснення тваринами УРР. Більше ніг в половині випадків (64%) пред'явлення стороннього подразника після запуску рефлексу призводило до збільвення латентних періодів нейронних реакцій, в той час як латентні періоди УРР залишались без змін. Аналогічний ефект (зменвення Інтенсивності та збільвення латентних періодів нейронної активності) спостерігали при ослабленні гучності умовного стимулу (звукового клацання).

Підсумовуючи вищевикладене, мовна зробити висновок, що зміни нейронних реакцій на безумовне або умовне подразнення під впливом зовнішніх значущих подразників проявляються у пригніченні або повному гальмуванні відповідей окремих нервових клітин, 1 визначаються зміною напрямку сенсорної уваги тварини до подразників, «о подаються.

Щодо питання про моеливі нейрохімічні механізми, яні беруть участь в цьому процесі, то в наших дослідах воно зводилося до ви-

ріяення проблеми - чи є ефект пригнічення нейроиних реакцій результатом надходження до кори гальмуючих впливів з підкіркових структур, чи він має виклично внутріиньокіркову природу 1 пов’язаний з активацією гальмуючих синапсів клітин неокортенсу.

Отримані нами дані переконливо свідчать, цо Іонофоретична аплікація норадрекаліну 1 ефедрину призводить до пригнічення, а обзідану - до полегиення нзйронної активності кори. Іонофоретична аплікація адреномиметика непрямої дії ефедрину, який викликає виділення норадреналіну Із везикул норадренергічиих волокон, дозволила, на нашу думку, наблизитися до тих концентрацій даного передавача в оточунчому міяклітиннону просторі, чо спостерігавться в природних умовах. Крім того, при цьому з більшою імовірністю відбувається активація з адекватноп інтенсивніств тих рецепторів, які активувалися б у природних умовах. Отяе, можна припустити, по результати кікроіонофоретичного підведення ефедрину давть більа об'єктивну Іифоркаціи про впливи норадренергічиих проекцій у нео-кортексі, His аплікація безпосередньо норадреналіну.

Різноспрямовані зміни Імпульсної активності досліджених нейронів, як 1 повна відсутність цих змін при аплікації тієї ж самої речовини, свідчать, ио Імовірні зміни у локальному кровообізі, які можуть відбуватися під впливом норадрекаліну, не. викликали істотні зміни в нейронній Імпульсації (норадреналін, як відомо, викликає судинозвужцпчий ефект, адреноблокатор обзідан - судкно-розашрвачий).

Відзначене в проведених дослідах значне звільнення під впливом ^-адреноблокатору фонової 1 викликаної ЕІП нейронної активності узгоджується з висунутим Інаини авторами (Сторожуй с соавт., 1990) припущенням про Існування тонічних пригнічувчих впливів на нейрони неокортексу з боку норадреиергічної системи мозку. Виходячи з даних літератури вГдносно активації нейронів Locus coeruleus (LC), w s найбільи значно® структурою в норадре-нергічній системі мозку, ці гальмівні впливи можуть значно зростати в ситуації стресу при захисних реакціях 1 поданні аверсианих стимулів (Чияенкова, 1986; Rusnussen, Jacobs, 1980).

Обдування корди тварини струменем повітря, що використалося в проведених дослідах, було подразником, який викликав виразну захисну реакцій. Таким чином можна вважати,'що викликана природним шляхом активація LC через систему норадренергічиих проекцій до нейронів неокортексу справляє пригнічуючи впливи на їх актив-

НІСТЬ.

Особливий інтерес мають результати серії дослідів, де спостерігали динаміку змін нейронних відповідей на ЕВП (безумовне або умовне) під впливом обдування, іонофоретичного підведення норадреналіну, ефедрину або обзідану, та спільного пред’явлення ЕШП і обдування на фоні аплікації вицевказаних речовин. Подібність змін нейронних реакцій, «о викликаються обдуванням 1 підведенням адреномиметика ефедрину, відновлення редукованої пред’явленням додаткового подразника імпульсної відповіді на ЕШП при аплікації бло-катору ^-рецепторів обзідану свідчать про значні модулюючі впливи, які справляє норадренергічна система на викликану активність нейронів неокортексу.

Підбиваючи деякі підсумки отриманих в проведеній роботі результатів, необхідно відзначити, по, розглядаючи норадренергічні впливи в якості регулятора активності нервових клітин кори в ситуації зовнівнього гальмування або, у більш загальному випадку, при відверненні уваги тварини дією сторонніх значущих стимулів, ми не виключаємо участь в цих процесах і синаптичних входів, пов’язаних з активацією внутріпньокіркової системи гаммаакінокас-ляної кислоти (ГАМК). Аналізуючи дані літератури «о до характеру, взаємодії норадренергічиої і ГАМК-ергІчної систем мозку (McCormick, Hang, 1991; Tunnicllff et al,, 1980; Haterhouse et al., 1962), мовна зробити припущення, що гальмівний процес, який розвивається в нейронах кори, є результатом такої взаємодії. В цьому випадку мокна говорити не про перевагу якогось одного ней-рохіиічного механізму (норадренергічного чи ГЙНК-ергІчного), а про більш складні 1 тонкі процеси, пов'язані, мокливо, з активацією аденілатциклазної системи клітини, про що опосередковано свідчать дані деяких авторів (Nicoll, 1988).

Проте, як показали результати проведених нами дослідіень, норадренергічні впливи, опосередковані системою ^-адренорецепто-рів, призводять до тривалого пригнічення нейронної активності кори в ситуації зовнівнього гальмування умовнорефлекторної діяльності 1 при відверненні уваги тварин подразником, який викликає захисну реакцію. Ці впливи повністю або частково усуваються підведенням обзідану 1 особливо виразно проявляються при мікроіонофо-ретичних аплікаціях адреномиметика ефедрину.

Висновки.

1. Характер Імпульсних реакцій нейронів которної 1 тім'яної асоціативної кори (поля 4,5,?) у бадьорих тварин на електроикірна подразнення (ЕЙГІ) кінцівки не е постійний. Попередня дія додаткових подразників, що відвертають увагу тварини (спалах світла, звуковий тон), за 1,5-1,0 с до ЕІП викликає значне зиенаення або повне зникнення нейронних відповідей на тестове електровкірие подразнення.

2. При прояві ц тварин захисної реакції або реанції здобуття їії, які викликавться пред’явленням відповідних подразників, иезваяашчи на схояий ефект гальмування відповідей на ЕИП, в одних 1 тих ае нейронах кори формується різний характер активності з відповідник рівнем частоти імпульсації для коїного мотиваційного стану.

3. Послідовне, з інтервалом 1,5 с, пред’явлення надпорогово-го та підпорогового елентровкірних подразнень Іпси- 1 контралате-ральиої кінцівки тварини призводить до полегвення викликаної ЕИП нейронної активності, по проявляється у зиенаенні величини порога збудяення в нейронах моторної 1 тім'яної асоціативної кори і проявленні відповіді на слабке Е9П, яке було підпороговим.

4. Пред’явлення тваринам сторонніх подразнень, які відверта-

ють їх увагу, при здійсненні інструментального умовного рефлексу ставлення лапи на опору викликає Істотні зміни нейронної активності моторної і-тім’яної асоціативної кори. Це проявляється, у більиості випадків в збільвенні латентних періодів нейронних реакцій, які пов’язані з виконанням тваринами умовнорефлекторних рухів, а такоя и знияенні Інтенсивності та зиенаенні тривалості цих реакцій. .

5. Перебудови імпульсної активності нейронів неокортексу, які викликавться дією значущих зовні яких подразників, не мають тривалого характеру. При повторі подразників, які викликають у тварин орієнтувальний рефлекс, в міру його згасання, відбувається повернення реакцій на безумовне Е0П. а такоя - нейронної активності, пов'язаної із здійсненням тваринами умовнорефлекторних рухів, до первинного характеру.

6. Під впливом норадреналіну І адреиоиіметика ефедрину ней-ронні реакції, викликані безумовним або умовним електроикірниц подразненням, гальмуються. Іонофоретичне підведення блокатору

^-адренорецепторів обзідану викликає полегшення нейронннх відповідей на ЕІП, сприяє зиивенню величини порога зйудяення в одних 1 тих ве нейронах иоторної кори, підвинує інтенсивність нейронних реакцій, пов’язаних Із здійсненням тваринами умовнорефлекторних рухів.

7. Іонофоретична аплікація обзїдану цілком або частково усуває гальмуючі впливи на нейрошіу активність кори з боку зовніиних подразнень при прояві у тварини захисної поведінки. Це свідчить, чо в механізмах гетеросенсорної взаємодії сигналів на нейронах неокортексу у бадьорих тварин беруть участь корадренергІчні впливи, цо умокливлює гальмування нейронних реакцій на незначущі для організму подразнення через систему ^-адренорецепторів.

Перелік робіт, опублікованих за темой дисертації.

1. Бусель Б.И., Молдаван Ї.Г., Книга А.П. Тормозящее влияние предъявлений посторонних раздражителей на импульсные реакции нейронов теменной коры ковки при условном рефлексе// Нейрофизиология.-1990,- 22, К 2.- С. і47-135.

2. Бусель Б.И., Книга А.П. Тормозящее влияние предъявления добавочных раздракктелей на реакция нейронов сенсоыоторной коры ковки при условном рефлексе// Нейрофизиология.- 1991.- 23, N 2.- С. 174-181,

3. Бусель Б.И,, Книга А.П. Изменение реакций нейронов поля 7 на безусловную и условную стимуляции в результате действия добавочных раздрамителей// Нейрофизиология.- 1991,- 23, N 5.- С. 564-574.

4. бусель Б.И.. Книга А,П. Изменение условных реакций нейронов сенсомоторной кори кошки под влиянием действия добавочных раздражителей// Тез. докл. Всесоюзного симпозиума "Нейрофизиологические механизма обучения".- К,, 1991.- С. 6-7.

5. бусель Б.И., Книга А.П. Вариации ответов нейронов коры мозга конки на соматическое раздражение при действии добавочных раздра-«ителей// Нейрофизиология.- 1992.- 24, К 1,- С. 27-37.

6. Бусель Б.И., Книга А.П. Эффект тормовения реакций нейронов моторной кори ковки, связанных с осуществлением условного рефлекса, при ояидании действия вспыоки света// Нейрофизиология.- 1992.24, N 3,- С. 340-343.

7. Бусель Б.И., Книга А,П, Изменение ответов нейронов корн мозга

ковки на соматическое раздрамение при действии отвлекающих внимание стимулов// Тези допов. конференції "Актуальні проблеми ФІЗІОЛОГІЇ".- К., 1992.- С. 80-01.

8, Бусель Б.И., Книга А.П. Эффект тормовения реакций нейронов моторной коры кошки при овидании действия условного стимцла// Нейрофизиология,- 1993,- 1, N 1.- С. 21-27.

9. Книга Й.П., Буселъ Б.И. Модулирующее влияние иорадреналина иа реакции нейронов моторной корн мозга конки, вызванные электроков-ной стимуляцией и действием добавочного внешнего раздраяения// Нейрофизиология.- 1993.- 1, N 2.- С. 119-123.

Книга А.П. Влияние отвлекающих раздранителей на активность нейронов моторной и теменной ассоциативной корм ковки, вызваннуо условной и безусловной стимуляцией. -

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук по специальности 03.00.13 - Физиология человека и ии-вотннх. Институт физиологии им. А.А. Богомольца АН Украины, Киев, 1995.

Защищается 9 научных работ, содержащих теоретические и экспериментальные исследований. Впервые при исследовании нейронной активности моторной и теменной ассоциативной коры у бодрствующих ковек продемонстрировано, что импульсные реакции на простое соматическое (злектрокожное) раздравение могут значительно угнетаться вплоть до их полного исчезновения предъявлением различных отвле-каищих раздранителей, вызывающих у животных ориентировочные, оборонительные или пищедобывательные реакции. Впервые показано, что предъявление посторонних раздранителей при осуществлении яивотны-ми инструментального условного рефлекса приводит к увеличению латентных периодов и интенсивности импульсных реакций, связанных с выполнением условнорефлекторннх двияений (НРД), при сохранении превних значений параметров УРД. В опытах с ионофоретическич подведением норадреналина, эфедрина и обзидана убедительно продемонстрировано непосредственное участие норадренергических влияний в угнетении активности корковых нейронов при отвлечении внимания животных от ЗКР предъявлением дополнительных внешних стимулов. Показано, что эти угнетающие влияния на нейроны неокортекса опос-редувтся через систему^-адренорецепторов.

Kntga ft.P. Influence of diverting stlnull on neuronal

activity in notor and parietal associative cortex during conditional and unconditional stinulation.

Thesis for Ph.D. degree In biological sciences by speciality: 03.00.13 - human and aninal’s physiology.

A.ft.Bogoaoletz Institute of Physiology, Kiev, 1995.

There are defence of 9 scientific uorks containing theoretical and experimental researches. It uas shoun for the first tine that inpulse activity on staple sonatic stiaulation in aotor and parietal associative cortex in avake cats can be

depressed to a great extent under external diverting stUuli, which evoked orientational, defence or food reactions, It uas established that external stlnull presented during instrunental conditioned reflex, increased the latencies and intensity of Impulse reactions connected uith conditioned eoveaents (CM), but the CX paraneters did not change. In experUents uith iontophoretic application of noradrenaline, ephedrine and

propranolol it was shown that noradrenergic influence inhibited the activity of cortical neurons during the diversion of cat's attention froi electrocutaneous stimulus to additional stlnull. It uas found that the systen of ^-adrenoreceptors took part in this inhibition Influence. •

Ключові слова; моторна кора, тім’яна асоціативна кора, інструментальний рефлекс, сторонні подразнення, норадреналін, ефедрин, обзідан.