Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Влияние ростральной и Каудальной областей стволовой ретикулярной формации на авто-и кросспектральные характеристики электрической активности корковых структур

ВАК РФ 03.00.13, Физиология

Автореферат диссертации по теме "Влияние ростральной и Каудальной областей стволовой ретикулярной формации на авто-и кросспектральные характеристики электрической активности корковых структур"

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА., ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ И ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. М.В.ЛОМОНОСОВА

Биологический факультет

На правах рукописи УДК 612.822.3+612.825

ВОРОБЬЕВ Николай Александрович

ВЛИЯНИЕ РОСТРАЛЬНОЙ И КАУДАЛЬНОИ ОБЛАСТЕЙ СТВОЛОВОЙ РЕТИКУЛЯРНОЙ ФОРМАЦИИ НА АВТО- И КРОССПЕКТРАЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ КОРКОВЫХ СТРУКТУР

03.00.13 - физиология человека и животных

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

МОСКВА, 1Э92

Раоота выполнена в Институте биофизики клетки РАН.

Научный руководитель:

доктор биологических наук М.Н.Жадин.

официальные оппоненты:

доктор биологических наук 1'.А.Королькова кандидат физико-математических наук А.Ф.Хижун

Ведущая организация:

Институт нормальной физиологии им.И.К.Анохина РАМН

Ващита состоится "¿Й" 1992 г. в^~часов

на заседании специализированного ученого совета Д.053,05.35 в Московском государственном университете по' адресу: 119899. 1'.Москва, Ленинские горы, МГУ, Биологический факультет.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Биологического факультета МГУ.

Автореферат разослан "2Ж"Сиц-Ш-^ 1992 г.

специализированного совета кандидат биологических наук

Ученый секретарь

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность. В настоящее время ЭЭГ остается одним из основных методов диагностики нервных заболеваний и продолжает привлекать к себе внимание многих исследователей как один из наиболее доступных и информативных показателей работы мозга. Важную роль в регуляции электрической активности мозга играет ретикулярная формация мозгового ствола (РФ) /Moruzzl.Magoun,1949; Росси.Цанкетти, I960; Moruzzl,1972/. Однако влияние ее на ритмическую активность различных корковых структур неоднозначно /French et al,1952; Ма-cadar.et al,1974/. Наиболее типичными эффектами стимуляции ретикулярной формации считается десинхронизация электрической активности в неокортексе и синхронизация ее в гиппокампе /Moruzzl,Ма-goun,1949'; Sailer,Stumpf ,1957/. Однако полного единства мнений по поводу этих эффектов нет, т.к. сами понятия синхронизация и де-синхронизация весьма относительны /Harper,1971/и часто под ними понимаются различные паттерны ритмической активности /Magnes et al,1961; Гусельников,1976; Vertes,1981; Kumar et al,1985/, а, во-вторых,- сами реакции в значительной степени зависят от интенсивности стимуляции ретикулярной формации /Favale et al,1961; Stumpf 1965; Yamaguchi et al,1967; Palva et al,1976/.

Другим актуальным аспектом данной работы является проблема "синхронизирующих" и "десинхронизирующих" систем мозгового ствола /Anchel,Lindsley,1972; Macadar et al,1974; Vertes,1980,1981/. Многочисленные опыты с перерезками мозгового ствола на разных уровнях /Moruzzl,1964,1972/, разрушениями различных его участков /Llndsley et al,1949; Bonvallet,Dell,1965/, их охлаждением /Naqu-et et al,1962; Berlucchl et al,1964/ и фармакологическим выключением /Magni et al,1959; Ras±na,Manda, 1966; Bueno et al,1968/ привели к представлению о существовании активирующих (десинхронизирующих ЭЭГ) участков, расположенных ростральное корешка тройничного нерва (ростральная область РФ), и деактивирующих (синхронизирующих ЭЭГ), расположенных каудальнее его /Moruzzl,1964,1972/. Вместе с тем опыты с электрической стимуляцией этих областей не дали таких однозначных результатов /Favale et al,1961; Klemm,1972 Macadar et al,1974; Vertes,1981; Kumar et al,1985/. Относительно низкочастотная стимуляция всех участков приводила к синхронизации в коре, а высокочастотная - к десинхронизации /Favale et al, 1961/

Такая неоднозначность данных относительно влияний на ЭЭГ со стороны ростральных и каудальных. отделов стволовой ретикулярной формации потребовала более детального авто- и кросспектрального

анализа электрической активности корковых структур при различных уровнях активности этих ретикулярных областей.

Цель исследования:

Выяснение особенностей влияния ростральной и каудальной областей стволовой ретикулярной формации на авто- и кросспектральные характеристики электрической активности различных корковых структур и определение характера взаимоотношений между этими областями в процессах регуляции электрической активности корковых структур.

Задачи исследования:

1. Провести исследование изменений авто- и кросспектральных характеристик электрической активности соматосенсорной, моторной и зрительной областей и дорзального гиппокампа при различных частотах стимуляции клиновидного ядра (ростральная область РФ) и каудального ретикулярного ядра моста (каудальная область РФ).

2. Исследовать изменения спектральных характеристик электрической активности корковых структур при локальном охлаждении клиновидного ядра и каудального ретикулярного ядра моста.

3. Выяснить характер изменения эффектов стимуляции клиновидного ядра на фоне локального охлавдения каудального ретикулярного ядра моста и, наоборот, характер изменения эффектов стимуляции каудального ретикулярного ядра моста на фоне локального охлавдения клиновидного ядра.

Основные положения, выносимые на защиту:

1) ростральная область стволовой ретикулярной формации оказывает неоднозначные влияния на авто- и кросспектральные характеристики электрической активности различных корковых структур и эти влияния зависят от уровня ее активации;

2) влияния каудальной области стволовой ретикулярной формации на авто- и кросспектральные характеристики электрической активности корковых структур отличаются от аналогичных влияний ростральной облаоти и имеют противоположную направленность в отношении амплитуды тета ритма гиппокампа;

3) взаимоотношения ростральной и каудальной областей стволовой ретикулярной формации в регуляции тета активности гиппокампа характеризуются демпфирующим влиянием каудальной области на активирующие эффекты ростральной.

Научная новизна полученных результатов.

I. Впервые проведен комплексный авто- и кросспектральный анализ электрической активности корковых структур в условиях высокочастотной электрической стимуляции ростральной области стволовой ретикулярной формации и сделан строгий отатиотичесжий анализ иэ-4

менений авто- и кросспектральных характеристик при различных уровнях ее активации, позволивший:

а) выявить неоднозначность изменений различных составляющих дельта диапазона в электрической активности корковых структур;

б) обнаружить значительные различия в характере изменения частоты и амплитуды доминирующего тета ритма с ростом интенсивности стимуляции ретикулярной формации и установить противоположный характер изменения амплитуды тета ритма в гиппокампе и зрительной области;

в) показать характер изменений амплитудно-частотных характеристик альфа активности при различных частотах стимуляции РФ;

г) установить зависимость уровня синхронизации электрической активности корковых структур, а также когрентности и фазового сдвига в дельта, тета и альфа диапазонах от частоты стимуляции РФ

2. Впервые проведен авто- и кросспектральный анализ электрической активности корковых структур при стимуляции каудальной РФ и установлена статистическая зависимость спектральных характеристик от уровня ее активации, что позволило обнаружить качественное различие между эффектами стимуляции ростральной и каудальной областей РФ в отношении амплитуды тета ритма гиппокампа.

3. Исследование эффектов локального охлаждения ростральной и каудальной областей РФ позволило установить, что и в этом случае основное различие между ними касается противоположной направленности изменений в амплитуде тета ритма гиппокампа.

4. Анализ взаимоотношений ростральной и каудальной областей РФ в регуляции электрической активности корковых структур позволил обнаружить демпфирующий характер влияния каудальной области РФ на активирующие эффекты ростральной в отношении амплитуды тета ритма гиппокампа и синергичность действия этих ретикулярных областей в отношении амплитуды тетй ритма зрительной области.

Научно-практическая значимость работы. Проведенное исследование, обнаружившее различное влияние ростральной и каудальной областей ретикулярной формации на электрическую активность корковых структур, позволяет лучше понять механизм регуляции электрической активности коры со стороны ретикулярной формации мозга.

Анализ изменений авто- и кросспектральных характеристик электрической активности корковых структур при разных уровнях активации рострального и каудалыюго отделов стволовой ретикулярной формации позволил установить неравнозначность различных спектральных характеристик при оценке ретикулярных влияний и выделить наиболее существенные признаки, характеризующие активность этих

Б

ретикулярных областей, что имеет большое значение для развития электроэнцефалографических методов диагностики мозговых нарушений.

Апробация работы. Материалы исследования доложены на втором, третьем и четвертом рабочих совещаниях "Моделирование и методы анализа биоэлектрической активности головного мозга" (Пущино, 1984, 1988, 1991); 27м и 28м Совещаниях по проблемам высшей нервной деятельности (Ленинград,1984, 1989); Международной школе молодых ученых "Интермозг" (Репино,1987); Всесоюзной конференции, посвященной 80-летию со дня рождения члена-корреспондента АН и АПН СССР Л.Г.Воронина (Москва,1988); IX Всесоюзной конференции по нейрокибернетике (Ростов/Д,1989).

Структура диссертации. Диссертация написана на русском языке на 168 страницах и состоит из введения, обзора литературных данных, описания методики, полученных результатов, обсуждения и выводов. В конце диссертации приводится список литературы, состоящий из 309 источников, из них 123 - на русском языке и 186 - на иностранном. Диссертация содержит 39 иллюстраций.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Материалы и методы исследования.

Опыты проводились на взрослых ненаркотизировнных кроликах породы шиншилла. Во время опытов животные помещались в свето- и звукоизолированную камеру и нежестко фиксировались в станке.

Электрическую активность отводили монополярно от соматосенсо-рной, моторной и зрительной областей неокортекса и поля СА1 дорсального гиппокампа с помощью молибденовых и нихромовых электродов диаметром 150 мкм. Индифферентный электрод крепился на ухе животного. После усиления сигнал пропускался через активные фильтры низких частот в диапазоне 0,1-25 Гц для устранения артефактов раздражающих импульсов. Регистрация биопотенциалов проводилась на электроэнцефалографе ЭЭГ 4-02 и на магнитографе НО-36. Для визуализации электрической активности использовали индикаторы ИМ-789.

Стимуляцию клиновидного ядра среднего мозга и наудального ретикулярного ядра моста осуществляли через биполярные нихромовые электроды диаметром 100 мкм каждый с помощью электростимулятора ЭСУ-1 в режиме стабилизации напряжения. Раздражение проводили би-фазными прямоугольными импульсами тока длительностью по 100 мкс. -Силу стимуляции подбирал*! на частоте 100 имп/с, увеличивая напряжение до появления первых небольших изменений в электрограммё. Затем при подобранном таким образом напряжении, обычно составлявшем 3-7 Ч для обеих областей РФ, проводили исследование электрической активности корковых структур при следующих частотах стиму-6

ляции: 60, 100, 200, 300, ЬОО, 70Ь и 1000 имп/с. Длительность раздражения с каждой из частот составляла 10.с, а мекстимульный интервал менялся случайным образом: от 30 с до 3-5 мин. Частоту стимуляции обычно меняли от низких значений к высоким. Ва каждом животном повторяли от 5 до 10 раз стимуляцию ретикулярной области с различной частотой.

Было проведено три серии опытов. В первой серии, выполненной на 15 кроликах, исследовалось влияние на электрическую активность коры стимуляции ростральной области ретикулярной формации. Во второй серии, выполненной на 8 кроликах, стимуляции подвергалась каудальная область ретикулярной формации. В третьей серии опытов, проведенных на 7 кроликах, исследовалось взаимоотношение ростральной и каудальной областей ретикулярной формации в регуляции электрической активности корковых структур. Для этого регистрировались эффекты стимуляции ростральной области РФ на фоне локального охлаждения каудальной и, наоборот, эффекты стимуляции каудальной области РФ на фоне локального охлаждения ростальной.

Локальное охлаждение ретикулярных структур осуществляли через вживленные стимулирующие электроды, предварительно покрытые толстым слоем теплоизолятора. Для охлаждения использовали замораживающий столик криотома ТОС-11, с температурой на поверхности около -5°. Охлаждение от замораживающего столика подавалось на охлаждающие электроды через соединительный металлический переходник с муфточкой, температура на кончике которой составляла около 0°. Эффективность теплоизолирующей оболочки была проверена в опытах с использованием полностью теплоизолированного криозонда, при охлаждении через который не было обнаружено каких-либо изменений в электрической активности корковых структур. Во время опытов охлаждение подавалось за 15-20 с до начала стимуляции ретикулярной формации и убиралось через 10 с после окончания стимуляции. Серии последовательных применений раздражения с частотой от 60 до 1000 имп/с на фоне охлаждения другой области РФ чередовались с такими же сериями раздражений без охлаждения РФ.

После окончания экспериментов на каждом кролике проводился гисто-морфологический контроль локализации кончиков вживленных электродов. На основании гисто-морфологического контроля была выделена контрольная группа животных с локализацией стимулирующих электродов вне исследуемых ретикулярных структур.

Обработку записей электрической активности проводили на ЭВМ "М-400" и "Электроника-60" с помощью корреляционно-спектрального анализа. Обработка подвергались 5 секундные отрезки записи,

непосредственно предшествующие началу стимуляции и первые Б секунд записи во время стимуляции. Частота опроса составляла 50 Гц.

На отдельных 5 секундных отрезках для каждого отведения высчитывали стандартное отклонение электрической активности по формуле:

/ Ы-1 _ _

0х = У (Х1- X) /(N-1); где Х± - значения ЭЭГ в дискретные моменты времени; X - среднее значение ЭЭГ на исследуемом отрезке записи; N - число интервалов квантования.

Высчитывалась автокорреляционная функция по формуле:

Р Ы-к _ _ /ЯРк ~ N ~

й №) = <£• 2 х)-(х,+1с- х)// 2 (х,- х)г- 2 (X,- X)2 ; х х 1=1 1 . У 1=1 1 1=к+1 1

где дг - интервал квантования временной оси; х± и х1+к - значения ЭЭГ в дискретные моменты времени; N - число интервалов М

на исследуемом отрезке записи; х - среднее значение ЭЭГ на исследуемом отрезке'записи.

По автокорреляционной функции строили спектр мощности в диапазоне 0-13 Гц по формуле /Отнес,Эноксон,1982/: К

й(у) = |2-2 1(кдг)-и (кдг)• созгш'кдг + 1| ; к=1

где К - число интервалов дг в автокоррелограмме; Г(кДЮ -сглаживающая функция Парзена:

6-(к/К)2,(1- Iк/КI) при |к| < К/2

г(кдг) - ■{

(1- |к/К| )3 при К/2 с к < К

С:

Затем на спектрах мощности находили доминирующие спектральные пики в дельта (0,1-4 Гц), тета (4-8 Гц) и альфа (8-13 Гц) диапазонах и по ним определяли амплитуду и частоту соответствующих доминирующих частотных составляющих. Амплитуду доминирующих частотных составляющих оценивали как корень квадратный из максимума спектральной функции, деленного-на коэффициент Парзена. По полученным спектрам определяли и относительную мощность спектральных диапазонов в процентах от суммарной мощности спектра, принятой за 100%.

Нормированные кросскорреляционные функции всех пар отведений высчитывали по формуле:

и-к _ _ / Ы-к ~ N Г

НДкД*) = 2 (х±- х)(у,+к - у)// 2 (х,- X)2- 2 (У±- у)2 ;

ху 1=1 1 1+к уГ 1=1 1 1=к+1 1

где х± и У1+к~ значения двух ЭЭГ в дискретные моменты времени, отстоящие на интервалы времени ±Д1 и (1+к)ДЪ от начала исследуемого отрезка записи; кА1; - абсцисса корреляционной функции, соот-8

ветствугацая временному сдвигу у1+к относительно х и у - средние значения обеих ЭЭГ на исследуемом отрезке записи.

По этой же формуле высчитывали коэффициент корреляции при к=о. Спектр мощности полученной кросскорреляционной функции строили

по формуле: ^(v) = /G^(v) + G^(v) ;

к

где G (v) = J f (kAt) -R (kAt) • sin2ia>kAt ,

s k=-K 17

К

G (V) = 2 f(kAt) -R (kAt) •COs2lCl'kAt .

На нем определяли максимальные значения в дельта, тёта и альфа

диапазонах. Высчитывали фазовые спектры для всех пар отведений по

формуле: <p(v) = arctg G (v)/G (v) и спектр когерентности по

3 р с

формуле: Ooh(v) = G^vVCG^Cv)-Gyy(v)) .

Затем на частоте максимумов кросспектра определяли значения когерентности и фазового сдвига в соответствующих диапазонах.

Статистическую обработку результатов также проводили на ЭВМ с использованием пакета стандартных программ /Бахарев.1989/. По ка-адому животному проводился однофакторный дисперсионный анализ изменений всех исследуемых признаков с оценкой 95% доверительных уровней критерия достоверности по Фишеру. Затем проводили общую аналогичную оценку достоверности изменений каждого признака по объединенной группе животных.

Результаты работы и их обсуждение.

Влияние ростральной области ретикулярной формации.

Спектральный анализ фоновой электрической активности корковых структур показал, что в ней представлены, главным образом, колебания дельта и тета диапазонов, а частотные составляющие альфа диапазона выражены значительно слабее.

Стимуляция ростральной области ретикулярной формации вызывала заметные изменения в электрической активности корковых структур лишь при достаточном повышении частоты стимуляции, что связано, видимо, с тем, что лишь превышение ее над средней частотой разрядов ретикулярных нейронов, составляющей около 50 имп/с /Амасян, Уоллер,1962; Арутюнов,1972/, способно привести к сдвигу в электрической активности корковых структур.

Увеличение частоты стимуляции РФ от 60 до 1000 имп/с приводило к достоверному уменьшению амплитуда электричеокой активности в гиппоквмпе до 80% по сравнению с фоном, а в неокортексе - до 82% при 100 имп/с. Это сопровождалось подавлением дельта и альфа рит-

9

мов во всех корковых структурах, наиболее сильным в соматосенсйр-ной области и гишокампе, где амплитуда спектральных максимумов в этих диапазонах снижалась до 35-40% по сравнению с фоном. Одновременно с этим увеличение частоты стимуляции до 200 имп/с приводило к увеличению тета ритма в гиппокампе и соматосенсорной области до 147% и 130% соответственно и ослаблению эффектов при более высокочастотной стимуляции. В то же время в зрительной и моторной областях амплитуда доминирующего тета ритма монотонно уменьшалась с ростом частоты стимуляции, начиная с 60 имп/с в зрительной и с 200 имп/с в моторной, достигая соответственно 73% и 85% по сравнению с фоном при 1000 имп/с. Такое различие в характере изменения амплитуды тета ритма в разных корковых структурах объясняется с одной стороны, видимо, меньшей степенью физического проникновения тета ритма гиппокампа в зрительную и моторную области из-за их удаленности от него по сравнению с соматосенсорной областью, расположенной над гиппокампом /Труш,Королькова,1973; Бобкова,Жадин, 1978/, а с другой, возможно, достижением максимальной выраженности тета ритма в неокортексе при меньших частотах стимуляции ретикулярной формации, чем в гиппокампе /Macadar et al,1974/.

Сопоставление эффективности стимуляции ретикулярной формации в отношении различных ритмов позволило обнаружить, что во всех корковых структурах наибольшие эффекты проявлялись в подавлении амплитуды дельта и альфа ритмов, что создавало своего рода эффект контрастирования тета ритма. В результате относительная мощность тета диапазона зрительной области, несмотря на уменьшение амплитуды доминирующего спектрального максимума в этом диапазоне, также увеличивалась, равно как и величина максимума в тета диапазоне нормированных спектров /Ливанов,1975/.

В отличие от изменения амплитудных характеристик спектра, испытывающих ослабление при частотах стимуляции выше 200 имп/с, частота доминирующих спектральных максимумов в тета и альфа диапазонах, увеличиваясь при 60-200 имп/с, продолжала нарастать вплоть до 300-500 имп/с без заметного ослабления при более•высокочастотной стимуляции. Поскольку увеличение частоты ритмической активности коры отражает увеличение импульсного притока к ней /Жадин, 1982; Zhadin,1984/, а амплитуда доминирующего ритма отражает число и синхронность элементарных генераторов /Е1и1,1972; Жадин и др.,1973; Paiva et al,1976/, такое различие между характером изменения частоты и амплитуды спектральных максимумов свидетельствует, видимо, о неоднозначности ретикулярных влияний не эти процессы в разных корковых структурах. 10

Анализ изменения доминирующих спектральных максимумов в дельта диапазоне показал, что характер изменения ритмических составляющих в этом диапазоне определяется тремя типами колебаний, по-разному представленных в различных областях коры и различно меняющихся при стимуляции РФ. Один из них, условно названный "двух-герцовым" ритмом из-за своей частоты в фоновой активности, близкой к 2 Гц, уменьшался по амплитуде и увеличивался по частоте с ростом частоты стимуляции РФ, другой - "одногерцовый" снижался по частоте и амплитуде и третий - медленные колебания, связанные с генерацией медленного отрицательного потенциала /Ройтбак.Очераш-вили, 1984/, увеличивались по длительности и амплитуде.

Статистическая обработка результатов контрольных опытов, полученных при стимуляции участков мозгового ствола, не относящихся к исследуемым ретикулярным структурам, не обнаружила достоверных изменений в спектральных характеристиках электрической активности корковых структур. Исключение составила лишь амплитуды альфа ритма, которая и в этих случаях испытывала достоверное уменьшение, что позволяет говорить о неспецифичности ее изменения.

Как показывает математическая модель ритмических процессов в коре головного мозга, разработанная на основе структурной организации коры /Жадин,1982; Zhadln,1984/, наблюдаемые нами изменения частоты и амплитуды ритмических составляющих спектра могут быть результатом повышения общей интенсивности импульсного притока к коре за счет активации возбуждающих ретикуло-корковых связей. При этом собственно корковый механизм генерации ритмов способен обеспечить все формы электрической активности коры мозга /Жадин,1984/

Исследование кросспектральных характеристик различных корковых структур показало, что наибольшие изменения их наблюдаются в парах между гиппокампом, соматосенсорной и моторной областями, где были и наибольшие значения в фоновой активности, а наименьшие - в парах этих образований со зрительной областью.

При стимуляции ростральной РФ' коэффициент корреляции между потенциалами гиппокампа, соматосенсорной и моторной областей достоверно увеличивается с 0,68-0,84 в фоне до 0,75-0,92 с ростом частоты стимуляции до 200 имп/с и уменьшается при более высокочастотной стимуляции. В парах же со зрительной областью он практически не меняется.

Такая неравномерность корреляционных связей между потенциалами корковых структур отражает, с одной стороны, известную закономерность снижения коэффициента корреляции с увеличением расстояния мевду отведениями /Ливанов и др.,1969; Труш и др.,1973/, а с

II

)

другой, подтверждает меньшую степень такого снижения во фронтальных областях коры по сравнению с затылочными /Королькова.Труш, 1970; Лучкова,1973/. Вместе с тем, обнаруживаемая в фоне сопряженность изменения коэффициентов корреляции различных пар отведений /Труш и др.,1973/ не всегда соблюдалась при стимуляции РФ, а в парах моторной и зрительной областей с соматосенсорной наблюдается даже противоположный характер изменения коэффициентов корреляции. Такие реципрокные отношения корреляционных связей между фронтальными и затылочными областями /Шеповальников.Цицерошин, 1984/, отражают, видимо, определенную специфику процессов синхронизации в различных областях коры /Труш.Кориневский,1978/.

• Некоторые авторы связывают направленность изменений коэффициента корреляции с его предстимульными значениями, отмечая большее число случаев увеличения его при исходно низких значениях и уменьшения при высоких /Бобкова,1978/. Этот же принцип, видимо, лежит и в основе полученных нами результатов, поскольку оба случая отражают изменение эффекта усиления синхронизации на противоположный при чрезмерном раздражении ретикулярной формации.

Исследование когерентных функций между ритмической активностью корковых структур обнаружило тенденцию к уменьшению когерентности дельта ритмов с ростом частоты стимуляции РФ, наиболее сильную между потенциалами гиппокампа, соматосенсорной и моторной областей, где она достоверно уменьшается с 0,72-0,89 в фоне до 0,53-0,64 при стимуляции с частотой выше 300 имп/с. В этих же случаях происходило достоверное увеличение фазовых сдвигов между дельта ритмами от значений, практически не отличавшихся от 0° в фоне, до 18°-50°. Лишь при таких высоких частотах стимуляции наблюдались и изменения в когерентности альфа ритмов, направленность которых была преимущественно в сторону увеличения во всех парах отведений. Фазовый сдвиг между ритмическими составляющими альфа диапазона, практически не отличавшийся от 0° в фоновой активности, испытывал небольшое изменение в парах соматосенсорной области с гиппокампом и моторной областью при частотах стимуляции 60-200 имп/с, а в парах этих структур со зрительной областью - при более высоких. Наиболее же выраженные изменения наблюдались в когерентности тета ритмов. В парах между гиппокампом, соматосенсорной и моторной областями происходило достоверное увеличение когерентности тета ритмов с 0,8-0,92 в фоне до 0,96-0,99 с ростом частоты стимуляции до 200 имп/с, после чего наблюдается небольшое ослабление эффектов. . В парах со зрительной областью увеличение когерентности тета ритмов было менее сильным и заметного ослабления 12

г

эффектов при более высокочастотной стимуляции не происходило. Фазовый сдвиг мезду тета ритмикой корковых структур достоверно отличался от 0° в фоновой активности, составляя в среднем 2°-13°, а изменения его носили колебательный характер с тенденцией к уменьшению с ростом частоты стимуляции ретикулярной формации.

Таким оразом, сопоставляя характер изменения авто- и крос-спектральных характеристик, можно видеть, что при относительно низкочастотной стимуляции ростральной области РФ увеличение коэффициента корреляции^ в парах между гиппокампом, соматосенсорной и моторной областями сопровождается увеличением амплитуды тета ритма в этих областях и возрастанием когерентности этих ритмов. Отсутствие значительных изменений при этом в когерентности и фазовых сдвигах альфа и дельта диапазонов позволяет говорить об определяющей роли тета активности в процессах синхронизации электрической активности корковых структур при этом уровне активации ростральной области РФ, приводящей к более определенным и устойчивым фазовым отношениям между тета ритмикой корковых структур.

Вместе с тем более высокочастотная (выше 300 имп/с) стимуляция ростральной области РФ приводит к значительному усилению в электрической активности коры низкочастотных составляющих с низкой, как показывают полученные данные, когерентностью. Вместе с тем известно, что усиление в ЭЭГ слабоскоррелированных низкочастотных составляющих дельта диапазона приводит к снижению коэффициента-корреляции между отведениями /Ливанов,1972; Жадин,1977/. Кроме того, при этих частотах стимуляции происходит уменьшение амплитуды тета ритмов и их когерентности между потенциалами неокортикальных областей, что сопровождается изменениями фазовых сдвигов, противоположными тем, что наблюдались при относительно низкочастотной стимуляции. Все это и приводит к уменьшению коэффициента корреляции при высокочастотной стимуляции.

В то же время уменьшение коэффициента корреляции и когерентности тета ритмов корковых структур свидетельствует об усилении тормозных процессов в мозге /Ливанов,1972; Потулова,1976/.

Проведенный нами анализ амплитудных характеристик электрической активности корковых структур также свидетельствует об усилении при высокочастотной стимуляции РФ тормозных явлений, наиболее, выраженных в отношении амплитуды тета ритма гиппокампа. Другие исследователи также рассматривают подавление амплитуды тета ритма при нарастающей интенсивности стимуляции РФ как показатель усиления тормозных процессов в мозге /11а(111-1№е18в, 1980/.

Многочисленные опыты с перерезками мозгового ствола на разли-

13

У

чных уровнях /Moruzzl,1964,1972/, разрушениями различных участков мозгового ствола /Bonvallet,Dell,1965/, их охлаадением /Naquet et al,1962/ и фармакологическим выключением /Rasina.Mancia,1966/ привели к представлению о существовании тормозной, синхронизирующей системы в каудальном отделе мозгового ствола. Вместе с тем опыты с электрической стимуляцией этой области не дали таких однозначных результатов /Pavale et al,1961; Macadar et al,1974; Vertes,1981; Kumar et al,1985/. Относительно низкочастотная стимуляция всех участков при этом приводила к синхронизации в коре, а высокочастотная - к десинхронизации /Favale et al, 1961/.

Сравнительный анализ влияния каудальной области ретикулярной

формации на электрическую активность корковых структур.

Проведенный нами детальный анализ эффектов стимуляции каудальной области РФ с использованием авто- и кросспектрального анализа электрической активности корковых структур показал, что они во многом сходны с теми, что наблюдаются при стимуляции ростральной области. Стимуляция каудальной РФ также вызывает подавление дельта и альфа активности и увеличение частоты тета и альфа ритмов во всех исследованных структурах. Вместе с тем сами эффекты оказываются в целом менее выражены, чем при стимуляции ростральной ретикулярной формации.

Меньшая эффективность стимуляции каудальной области была обнаружена нами и в отношении кросспектральных характеристик между потенциалами гиппокампа, соматосенсорной и моторной областей, а также в отношении когерентности тета ритма в парах этих образований со зрительной корой. Вместе с тем в парах корковых структур со зрительной областью стимуляция каудального отдела оказалась более эффективной, чем рострального, как в отношении коэффициента корреляции, так и в отношении когерентности дельта и альфа ритмов. При этом в тета диапазоне наблюдались более сильные фазовые сдвиги по сравнению со стимуляцией ростральной ретикулярной формации. Важно также отметить, что более сильные эффекты стимуляции каудальной ретикулярной формации по сравнению с ростральной в парах со зрительной областью наблюдались, главным образом, при ее более высокочастотной стимуляции, когда при такой же стимуляции ростральной области чаще наблюдалось уже ослабление эффектов.

Из сопоставления этих данных можно сделать вывод о том, что, если с увеличением частоты стимуляции ростральной РФ основные эффекты быстро нарастают, главным образом в гиппокампе и соматосенсорной области, а затем испытывают ослабление при более высокочастотной стимуляции, то с ростом частоты стимуляции каудальной РФ 14

/

увеличение эффектов происходит медленно во всех структурах и заметного их ослабления при высоких частотах не наблюдается.

Но самое главное различие между эффектами стимуляции ростральной и каудальной областей ретикулярной формации заключаются в том, что, если стимуляция ростальной приводила к увеличению амплитуды тета ритма в соматосенсорной коре и гиппокампе, то высокочастотная стимуляция каудальной вызывала, наоборот, уменьшение амплитуды данного ритма в этих структурах.

Проведенное нами исследование эффектов локального охлаждения рострального и каудального отделов РФ также показало разнонаправленное влияние этих отделов на амплитуду тета ритма гиппокампа и соматосенсорной области. При этом возникали эффекты, противоположные тем, которые были при стимуляции этих.отделов: при охлаждении ростральной М происходило уменьшение амплитуды тета ритма, а при охлаждении каудальной - ее увеличение.

В основе таких различий, возможно, лежат более мощные восходящие проекции ростральной области РФ по сравнению с каудальной и наличие прямых связей ростральной области с ядрами септума, являющихся одним из основных источников тета активности в гиппокампе /Gogolak et а1,1967/, и отсутствие таковых от каудальной области /Jones,Yang, 1985/. Вместе с тем, одинаковое уменьшение амплитуды тета ритма в зрительной области при стимуляции как ростральной, так и каудальной областей свидетельствует, видимо, об однонаправленном действии экстрасептальных угнетающих влияний этих областей на тета ритм корковых структур. Об этом говорит и тот факт, что после разрушения септума наблюдается только реакция десинхрониза-ции как в неокортексе, так и в гиппокампе /Brugge, 1965 и др./.

Анализ взаимоотношений ростральной и каудальной областей ретикулярной формации в регуляции электрической активности кора Исходя из разнонаправленного влияния ростральной и каудальной областей стволовой ретикулярной формации на амплитуду тета ритма гиппокампа, важно было посмотреть как меняются эффекты стимуляции кавдой из этих областей на фоне функционального подавления другой и ответить на вопрос, действительно ли кудальная область оказывает тормозное действие на эффекты активации ростральной.

Проведенное нами исследование показало, что стимуляция ростральной области РФ на фоне локального охлаждения каудальной приводила к более сильному увеличению амплитуды тета ритма в гиппокампе и соматосенсорной области и максимальный эффект в них достигался уже при более низкой частоте стимуляции, чем без охлааде-ния каудальной области. Это свидетельствует, с одной стороны, об

15

<

усилении активационных процессов при относительно низкочастотной стимуляции, а с другой - об усилении деактивирующих влияний при более высокочастотной стимуляции.

При стимуляции каудальной области РФ на фоне локального охлаждения ростральной происходит, наоборот, уменьшение эффективности стимуляции в отношении амплитуды тета ритма корковых структур и увеличение частоты стимуляции, вызывающей максимальную выраженность тета ритма в гиппокампе. Это свидетельствует о снижении как усиливающего, так и ослабляющего тета ритм влияния каудальной РФ.

Все эти данные говорят, таким образом, о том, что при различных воздействиях на ретикулярную формацию ствола может происходить активация или деактивация одновременно как усиливающей, так и ослабляющей тета ритм систем и лишь конкретное соотношение в активности этих систем определяет характер кортикальных эффектов. Проведенное нами исследование свидетельствует о преобладании в ростральной области ретикулярной формации усиливающей тета ритм системы,,а в каудальной, наоборот, - ослабляющей. При этом в обеих областях усиливающая тета ритм система является более низкопороговой. В пользу такого представления говорят и данные о преобладании в ростральных областях ретикулярной формации низкопороговых нейронов, а в каудальных - высокопороговых /Павласек и др., 1984; Карпухина и др.,1986,1988/.

Преобладание в каудальной области ретикулярной формации высокопороговых деактивирующих нейронов .делает, видимо, эту область ' более важной в процессах демпфирования активирующих влияний ретикулярной формации, особенно в отношении тета ритма гиппокампа. Вместе с тем тот факт, что явления деактивирующего характера при высокочастотной стимуляции ростральной части ретикулярной формаций не исчезают при полном отсечении-каудального отдела мозгового ствола /Йа(111-№е18а еЪ а1,19Тб/ говорит, видимо, о том, что кау-дальная- область ретикулярной формации не является единственной демпфирующей системой мозга и что на других уровнях и в других структурах могут существовать собственные деактивирующие системы.

ВЫВОДЫ

1. Электрическая стимуляция ростральной и каудальной областей стволовой ретикулярной формации о частотой от 60 до 1000 имп/с приводит к неоднозначным изменениям в электрической активности различных корковых структур, характер которых определяется особенностями изменений ее частотных составляющих. '

2. В дельта диапазоне характер изменения доминирующих частот-

яых составляющих при стимуляции ретикулярных областей определяется тремя типами колебаний. Один из них - "двухгерцовый" дельта ритм уменьшается по амплитуде и увеличивается по частоте с ростом частоты стимуляции ретикулярных областей, другой - "одногерцовый" снижается по частоте и амплитуде и третий - медленные колебания, связанные с генерацией медленного отрицательного потенциала, увеличиваются по длительности и амплитуде.

3. В тета диапазоне частота доминирующего ритма увеличивается во всех корковых структурах, а амплитуда его уменьшается в моторной и зрительной областях при стимуляции как рострального, так и каудального отделов РФ. В то же время амплитуда тета ритма в гип-покампе и соматосенсорной области увеличивается с ростом частоты стимуляции ростральной РФ, достигая максимальных значений при 200 имп/с, и уменьшается ниже фоновых значений при стимуляции каудальной № с частотой выше 200 имп/с.

4. В альфа диапазоне стимуляция ростральной области РФ вызывает более сильное- уменьшение по амплитуде и увеличение по частоте максимальных частотных составляющих по сравнению с каудальной.

5. Относительно низкочастотная (60-200 имп/с) стимуляция ростральной РФ приводит к более сильному увеличению относительной мощности тета и уменьшению дельта диапазонов по сравнению с каудальной, а более высокочастотная стимуляция каудальной РФ вызывает противоположные изменения, более сильные, чем ростральная.

6. Стимуляция рострального отдела' РФ приводит к увеличению коэффициента корреляции между потенциалами гиппокампа, соматосенсорной и моторной областей при относительно низкочастотной стимуляции и уменьшению их при более высокочастотной. Стимуляция каузального отдела вызывает аналогичные, но менее выраженные изменения коэффициентов корреляции в парах этих корковых структур со зрительной областью.

7. Когерентность тета ритмов в потенциалах всех пар отведений юпытывает более сильное увеличение при стимуляции ростральной збласти РФ, а увеличение когерентности альфа ритмов и уменьшение тогерентности дельта в парах корковых структур со зрительной областью оказываются более сильными при стимуляции каудальной РФ.

8: Изменение фазового сдвига между частотными составляющими юта диапазона с ростом частоты стимуляции ретикулярных областей юсит колебательный характер с тенденцией к уменьшению в парах сорковых структур со зрительной областью и увеличению в остальных гарах. В дельта диапазоне увеличение фазового сдвига наблюдается leжду потенциалами гиппокампа, соматосенсорной и моторной облао-

L7

тей при стимуляции с частотой выше 200 имп/с как ростральной, так и каудальной областей РФ. В альфа диапазоне фазовый сдвиг между частотными составляющими изменяется лишь в парах между гиппокам-пом, соматосенсорной и моторной областями при относительно низкочастотной стимуляции, как ростральной, так и каудальной РФ, а в парах со зрительной областью - при стимуляции ростральной РФ с частотой выше 300 имп/с.

9. Локальное охлаждение, ростральной РФ приводит к увеличению амплитуды дельта ритма во всех корковых структурах, уменьшению тета ритма в гиппокампе и увеличению альфа ритма в моторной и зрительной областях. Соотношение дельта и тета активности смещается при этом в сторону увеличения первой. Локальное охлаждение каудальной.РФ вызывает, наоборот, увеличение тета и уменьшение дельта активности и приводит к увеличению амплитуды всех ритмов.

10. Стимуляция ростральной области РФ на фоне локального охлаждения каудальной приводит к усилению эффектов нарастания тета ритма гиппокампа и соматосенсорной области, достижению максимальной выраженности этих эффектов при меньших частотах стимуляции и уменьшению угнетающего влияния на амплитуду тета ритма зрительной и моторной областей. Стимуляция каудальной области РФ на фоне локального охлаждения ростральной приводит к ослаблению аффектов подавления тета ритма зрительной и моторной областей и уменьшению эффектов нарастания тета ритма в гиппокампе и соматосенсорной области, максимальная выраженность которых достигается уже при более высокочастотной стимуляции. Все это свидетельствует о демпфирующем влиянии каудальной области РФ на активационные эффекты ростральной в отношении амплитуда тета ритма гиппокампа и соматосенсорной области и о синергичном действии этих ретикулярных областей в отношении тета ритма зрительной и моторной областей.

11. Анализ полученных результатов и сопоставление с литературными данными показывет, что в основе разных влияний ростральной и каудальной областей стволовой ретикулярной формации на авто-, и кросспектральные характеристики электрической активности корковых структур может лежать различное соотношение в этих областях элементов активирующих и деактивирующих систем, а также различия в анатомических связях с другими структурами мозга, главное из которых заключается в наличии прямых проекций к ядрам септума от ростральной области РФ и отсутствии таковых от каудальной.

Список работ, опубликованных по теме диссертации:

1. Воробьев H.A., Павлик В.Д. Спектральные изменения в электрической активности коры и гиппокампа при увеличении интенсивности стимуляции ретикулярной формации.//XXVII Совещание по проблемам высшей нервной деятельности, Л.: Наука, 1984, С.203-204.

2. Воробьев H.A., Павлик.В.Д. Зависимость частот ритмических составляющих электрической активности коры и гиппокампа от интенсивности стимуляции ретикулярной формации.//Физиол. журн. СССР, 1985, T.7I, J6 5, C.GG0-662.

3. Воробьев H.A., Павлик В.Д., Бахарев Б.В., Жадин М.Н. Зависимость спектра электрической активности неокортекса и гиппокампа у кроликов от интенсивности стимуляции ретикулярной формации среднего мозга.//Журн. высш. нервн. деят., 1988, Т.38, JG 2,

С.313-322.

4. Воробьев H.A., Павлик В.Д. Анализ спектральных характеристик электрической активности корковых структур при различной интенсивности стимуляции ретикулярной формации у кроликов.//Сравни- . тельная физиология высшей нервной деятельности человека и животных, Материалы Всесоюзной конференции, посвященной 80-летию со

дня ровдения члена-корреспондента АН и АПН СССР Л.Г.Воронина, М., 1988, 4.1, С.46-47.

5. Воробьев H.A., Павлик В.Д. Спектральные характеристики ЭЭГ зрительной и моторной коры 1фолика при раздражении ретикулярной формации мозга.//Журн. высш. нервн. деят., 1989, Т.39, J6 1, С.90-98.

6. Воробьев H.A. Сравнительный анализ влияния рострального и каудального отделов ретикулярной формации на электрическую активность коры.//Проблемы нейрокибернетики, Материалы IX Всесоюзной конференции, Изд-во Рост./Д. ун-та, 1989, С.427-428.

7. Воробьев H.A. Кросспектральный анализ электрической активности коры кролика при различных уровнях активации ретикулярной формации среднего мозга.//XXVIII Совещание по проблемам высшей нервной деятельности, Л.: Наука, 1989, С.157.

8. Воробьев H.A., Бахарев Б.В. Кросскорреляционные отношения электрической активности корковые структур при различных уровнях активации ретикулярной формации у кроликов.//Журн. высш. нервн. деят. 1991, T.4I,,Ji 3, С.521-529.