Познавательная деятельность полосатого тела и его роль

Размещено на http://allbest.ru/

Познавательная деятельность полосатого тела и его роль

Введение

Как неоднократно подчеркивалось, когнитивные процессы сложный интегративный феномен, связанный с вовлечением широкого круга мозговых структур. Но лидирующая роль в этом ансамбле, кроме неокортекса, безусловно, принадлежит гиппокампу и полосатому телу, во многом обладающим тождественными функциями.

Известно, что полосатое тело, или стриатум складывается из базальных ганглиев переднего мозга. Среди них филогенетически более молодым и теснее связанным с формированием сложных поведенческих программ является комплекс хвостатого ядра и скорлупы (неостриатум). Достигающий максимального развития у приматов неостриатум (не точно, но привычнее называемый просто стриатумом) долгое время в нейрофизиологической и неврологической литературе рассматривался в качестве сугубо моторного образования.

Перелом в таком, как теперь очевидно, слишком однобоком подходе произошел только в 60е годы XX века. И мы оказались в числе пионеров, пытавшихся в нашей стране изменить традиционную точку зрения, настойчиво доказывая прямую заинтересованность стриатных механизмов и, прежде всего, хвостатого ядра в организации высшей нервной деятельносги. Эти доказательства были обобщены в ряде обзорных публикаций

(см. Арушанян Э.Б., 1972,а; Арушанян Э.Б., Отеллин В.А., 1976). Хотя экспериментальные аргументы, полученные в прошлом, базировались не на самых совершенных, но считавшихся тогда вполне современными, методах исследований (электрическая стимуляция и выключение мозговых структур), тем не менее основные положения, излагаемые ниже, не утратили актуальность и в настоящее время. А это позволяет с уверенностью и утвердительно ответить на поставленный выше вопрос.

Во-первых, доказано, что стриатум обладает наиболее тесными прямыми и посредованными связями с лобными отделами неокортекса, образуя с ним единый функциональный блок, направленный на организацию сложных поведенческих программ. Повреждение того и друг ого образования приводит к сходным нарушениям условно-рефлекторной деятельности. Каудатный (от названия хвостатого ядра п. caudatus) дефицит проявляется в том числе в ухудшении двигательной памяти на совершенный акт с появлением лишенных смыла монотонных повторов одних и тех же действий. В опытах с электростимуляцией ядра показано его непосредственное отношение и к процессам фиксации памятного следа, коль скоро слабое каудатное возбуждение замедляет гашение выработанных поведенческих навыков. Напротив, каудатэктомированные животные утрачивают способность даже в течение короткого времени сохранять в памяти информацию о местонахождении пищи и ориентироваться в пространстве. Страдают реакции пассивного избегания, поскольку у животных наблюдаются затруднения с воздержанием от совершения какого-либо поступка.

В итоге, по нашим представлениям, важнейшей задачей динамической каудатокортикальной системы служит хранение энграмм моторных актов, удержание в памяти произведенного действия и предупреждение его нецелесообразных повторов. Последнее достигается путем запуска столь свойственных хвостатому ядру ограничительных влияний на центры сенсомоторной интеграции.

Во-вторых, хвостатое ядро как часть стриатума активно вовлечено в регуляцию восприятия. Данная структура способна одновременно модулировать функцию различных афферентных систем, в том числе эффективно участвует в процессах интеграции зрительной импульсации. Контролируя же положение тела в пространстве, ядро неизбежно включается и в пространственное восприятие. Вместе с тем оно, наравне с ретикулярной формацией мозгового ствола, вероятно, несет ответственность за межанализаторное взаимодействие. Недаром каудатэктомия отражается на состоянии ведущих воспринимающих механизмов и приводит к нарушениям в работе отдельных анализаторов одновременно с разбалансировкой их сопряженной деятельности. В крайних случаях при обширных разрушениях хвостатого ядра это находит отражение в полной дезориентации животных и резком понижении ответов на любые внешние раздражители.

Наконец, в-третьих, от функционального состояния полосатого тела зависит организация внимания, если принимать за него способность к вычленению наиболее значимых для текущей ситуации моментов. Благодаря существованию функционального антагонизма между сдерживающей каудатокортикальной и активирующей ретикулокортикальной системами, слабое возбуждение хвостатого ядра, ограничивая масштабы импульсации, восходящей к неокортексу, может, очевидно, придавать большую четкость генерализованным процессам внимания. В то же время за счет вытормаживания на подступах к коре малозначительных для данной ситуации сигналов, ядро вовлекается в регуляции и селективного внимания. О наличии указанных свойств говорит высокая отвлекаемость каудатэктомированных животных, замедленное гашение у них классических и инструментальных условных рефлексов и даже формирование персеверативного поведения. Двигательные автоматизмы с настойчивым повторением лишенных смысла действий после инактивации ядра также отчасти правомерно рассматривать в качестве показателя утраты способности к сосредоточению внимания.

Роль полосатого тела

Изложенные выше и сформулированные нами почти три десятилетия назад положения о роли полосатого тела в познавательной деятельности вполне согласуются с результатами современных исследований (Мухин Е.И., Мухина Ю.И, 1997, Суворов Н.Ф., Шуваев В.Т., 2002; Rolls 2002). Тем самым уже априори есть достаточно оснований, чтобы искать в органических нарушениях функции механизмов источник психоневрологических расстройств (в. 15), которые могут служить мишенями для действия ноотропных средств.

Участие полосатого тела в процессах высшей нервной деятельности определяется тесными морфофункционал иными отношениями с корой больших полушарий и рядом подкорковых структур. Конечно, как отмечалось, в первую очередь это зависит от взаимодействия с корой за счет образования единого динамического блока, построенного по принципу замкнутой петли с возвратными связями. Посредством таламических ядер либо напрямую хвостатые ядра контролируют работу фронтального неокортекса, а тот в свою очередь через кортикостриатные проекции вносит поправку в активность полосатого тела.

Другим, чрезвычайно важным афферентным входом для ядра, помимо кортикостриатного, несомненно, служат аксоны нигростриатных нейронов, тела которых располагаются в черной субстанции среднего мозга. Ее отношения с полосатым телом также устроены по типу замкнутой нигрострионигральнои петли (Отеллин В.А., Арушанян Э.Б., 1989) и в значительной мере определяют его функциональную активность. После обнаружения в начале XX века зависимости тяжелой неврологической патологии паркинсонизма от повреждения клеток черной субстанции, за данной структурой, как и за стриатными ядрами, надежно закрепилась репутация сугубо моторного образования. Между тем еще в 70е годы результаты наших экспериментов на кошках позволили сформулировать нетрадиционную точку зрения, по которой черная субстанция и нигростриатные влияния через модуляцию активности полосатого тела непосредственно участвуют в процессах высшей нервной деятельности (Арушанян Э.Б., 1979). Современные данные, также полученные на кошках, демонстрирующих более разнообразную гамму поведенческих сдвигов, по сравнению с обычно используемыми крысами, подтверждают справедливость нашей позиции (Мухин Е.И. и др., 2002).

полосатый тело нервный поведенческий

Бледные шары

Кроме коры и черной субстанции, несомненное значение для реализации функциональных свойств стриатума имеют также его связи с бледным шаром, таламическими ядрами, а для формирования эмоционально-мотивационного поведения и мнестических процессов опосредованные отношения с такими лимбическими центрами как амигдала и гиппокамп.

Следовательно, как видно из представленных фактов, физиологические свойства полосатого тела и, прежде всего, нигростриатной системы свидетельствует об их непосредственном участии в организации высшей нервной деятельности. Потому весьма существенным представляется вопрос о нейромедиаторной природе лежащих в основе этого механизмов.

В адекватном функционировании полосатого тела заинтересованно большое число нейромедиаторных и нейромодуляторных соединений (описано их уже более ста), широко взаимодействующих между собой. Тем не менее среди них правомерно выделить несколько нейротрансмиттерных систем, в наибольшей степени определяющих специфическую активность данной структуры. К ним следует отнести дофамин, глутамат, ацетилхолин и ГАМК. Первому принадлежит едва ли ни ведущая роль, коль скоро повышение его внутристриатной концентрации особенно четко коррелируете выполнением животными когнитивных задач (Ball et al., 1998).

Источником стриатного дофамина служат нигростриатные аксоны, происходящие из нейронов компактной зоны черной субстанции. Кстати, неподалеку от них в среднем мозге располагаются тела нервных клеток, которые обеспечивают возбуждающую) синоптическую миссию. При этом синапсы разного типа неодинаково распределены на его территории и предназначены различным клеточным элементам. Тормозные синапсы у кошек в основном сосредоточены в вентролатеральных отделах головки хвостатого ядра и адресованы преимущественно Шипиловым эфферентным нейронам. Здесь чаще регистрируют тормозные ответы на раздражение черной субстанции. Возбуждающие дофаминергические входы связаны скорее с внутристриатными интернейронами. Их включение обусловливает запуск или, напротив, подавление функции эфферентных единиц. У кошек они больше сосредоточены в медиальном отделе головки хвостатого ядра, где нейроны охотнее реагируют учащением разрядов на нигральное раздражение (см. Арушанян Э.Б., Отеллин В.А., 1976; Отеллин В. А., Арушанян Э.Б., 1989).

Дофаминергические синапсы оперируют посредством нескольких типов рецепторов, обладающих различными функциональными свойствами. Наиболее распространены рецепторы 1го типа (Д1), заложенные преимущественно в постсинаптической мембране шипиковых нейронов стриатума, связанные с аденилатциклазой и ответственные за тормозные постсинаптические процессы. Определенная часть рецепторов (Д2 типа), не связанных с аденилатциклазой, локализуется в основном в области аксональных терминалей самих нигростриатных нейронов (выполняют роль тормозных ауторецепторов) и других нервных окончаний, которые поступают в ядро. Весьма существенно, что часть нигростриатного дофамина может проникать во внеклеточное пространство и эффекты такого внесинаптического передатчика способны реализоваться на довольно значительной территории (см. Раевский К.С. и др., 1996).

Наиболее многочисленные кортикостриатные пути берут свое начало из фронтальных отделов коры и адресуются в первую очередь дорсальным частям головки хвостатого ядра и скорлупы. Основной мишенью кортикальных проекций в стриатуме являются шипики и дендриты средних по размеру нейронов, представляющих собой доминирующую, но в то же время гетерохимическую в медиаторном отношении популяцию клеток. Афферентные кортикальные и дофаминергические аксоны могут конвергировать на одних и тех же нейронах полосатого тела, а также вступать между собой в аксоаксональное взаимодействие. Глутамат служит активирующим передатчиком в кортикостриатных путях, возбуждая клеточные элементы структуры мишени. Действительно, декортикации, сопровождающейся подъемом уровня стриатного глутамата, сопутствует повышение частоты разрядов нейронов хвостатого ядра (см. Отеллин В.А., Арушанян Э.Б., 1989).

Между двумя ведущими афферентными системами полосатого тела складываются обоюдные и во многом реципрокные отношения, которым порой придают ключевое значение в процессах обучения и памяти (Kerr, Wickens, 2001). Взаимодействие происходит, с одной стороны, при участии Д2 рецепторов, располагающихся на терминалях кортикостриатных аксонов, с другой посредством ионотропных глутаматных рецепторов НМДА типа, описанных на нигростриатных окончаниях (Kerkerian, Niloullon, 1988; Tarazi, Baldessarini, 1999). С помощью пресинаптических рецепторов глутаматные влияния способны как ограничивать, так и усиливать выброс нигрального дофамина и, наоборот, нигростриатная активация разнонаправлено модулирует работу кортикостриатного механизма. По нашему мнению, конечный результат во многом зависит от исходного функционального состояния той и другой афферентных систем (Отеллин В.А., Арушанян Э.Б., 1989).

Деятельность полосатого тела в определенной степени зависит и от уровня холин и ГАМКергической передачи. Еще в 1941 году МакИнтош (Macintosh) показал, что базальные ганглии от других структур мозга отличает необычайно высокое содержание ацетилхолина, однако, его источники все еще до конца не определены. По крайней мере, основные афферентные входы ядра (нигростриатный и кортикостриатный) нехолинергичны. Скорее всего ацетилхолин принадлежит к внутристриатным вставочным клеткам, а также эфферентным нейронам стриопаллидарных и стрионигральных путей.

Стриатные холинергические механизмы, естественно, вступают в тесные функциональные отношения с другими нейромедиаторными системами полосатого тела. Взаимодействие с дофаминергическими нейронами носит, повидимому, конкурентный характер. Резкое повышение уровня ацетилхолина в ядре после введения ингибитора холинэстеразы сомана увеличивало оборот стриатного дофамина, если судить по росту концентрации его метаболитов. Напротив, специфический агонист Д2 дофаминовых рецепторов (N434) понижал высвобождение в стриатуме ацетилхолина, тогда как антагонист тех же рецепторов сульпирид давал обратный эффект (Fosbraey et al., 1990; Ikarushietal., 1997). Внутристриатные холинергические нейроны обладают НМДА и ГАМК рецепторами, поскольку разрушение клеток специфическим нейротоксином (азиридином) снижало плотность тех и других (Ikarushietal., 1999). Подобные сведения объясняют тот факт, что холинергические механизмы полосатого тела оказываются вовлечены в организацию ориентировочного поведения, внимания к значимым сенсорным стимулам (Шаповалова К.Б., 1997; Calabresi et al., 2000).

Судя по содержанию ГАМК и основных ферментов её образования и метаболизма, эта тормозная аминокислота также имеет непосредственное отношение к деятельности стриатума. ГАМКергическими оказываются выходные, эфферентные проекции хвостатого ядра, адресованные прежде всего ретикулярной зоне черной субстанции и бледному шару. Вместе с тем короткоаксонные интернейроны, оперирующие посредством ГАМК, широко представлены в полосатом теле и черной субстанции в качестве обязательных элементов нигрострионигральных петель. В составе стрионигрального пути с их помощью осуществляется стриатное сдерживание нигральной активности (см. Отеллин В.А., Арушанян Э.Б., 1989).

Признавая полимедиаторную природу стриатной деятельности надо, однако, отметить, что легче всего демонстрируется ее вклад в организацию сложных поведенческих актов и познавательные процессы за счет мобилизации нигростриатных механизмов. О том свидетельствуют сдвиги в поведении при адекватном усилении дофаминергической передачи посредством агонистов дофаминовых рецепторов либо непрямых психомоторных стимуляторов, подобных амфетамину.

Эффект последнего сводится к усилению выброса и ограничению обратного захвата медиатора в окончаниях дофаминергических нейронов, а следовательно масштабному управлению работой стриатума. Разумеется, в действие вещества оказываются вовлечены любые дофаминергические проекции, в том числе направляющиеся в неокортекс, лимбические ядра.

Прилежащее ядро перегородки и др. Однако нейрофизиологический и нейрохимический анализ свидетельствует о ведущей роли нигростриатных механизмов в лекарственной психостимуляции. Между тем данный, во многом стриатного происхождения феномен, складывается из таких явлений как улучшение процессов восприятия и внимания, стимуляции мнестических функций, умственной и физической работоспособности (см. Арушанян Э.Б., 1975,2003,6). И это лишний раз служит, хоть и косвенным, подтверждением значимости полосатого тела для нормальной познавательной деятельности.

Размещено на Allbest.ru