- •Глава 1 Биологические основы психики
- •Мозг и психические процессы
- •Краткое описание строения нервной системы
- •Клетки мозга
- •Нейроны
- •21 Глия
- •Передача информации в цнс
- •Синаптическая передача информации
- •Медиаторы
- •Функции нейрона
- •Типы нервных волокон
- •Глава 2 Методы получения психофизиологической информации
- •Регистрация психофизиологических параметров
- •Электроэнцефалограмма и методы ее регистрации
- •Регистрация импульсной активности нервных клеток
- •Регистрация вызванных потенциалов мозга человека и потенциалов, связанных с событиями
- •Оценка локального кровотока мозга
- •Томографические методы
- •Компьютерная томография
- •Позитронно-эмиссионная томография (пэт)
- •Визуализация строения мозга с помощью метода ядерно-магнитного резонанса
- •Реоэнцефалография
- •Электромиография
- •Электроокулография
- •Кожно -гальваническая реакция
- •Ассоциативный эксперимент как инструмент анализа психических явлений
- •Глава 3 Психофизиологические механизмы адаптивного поведения
- •Определение адаптации
- •Общий адаптационный синдром
- •Стадии развития стресса
- •Особенности острого и хронического стресса
- •Индивидуальные особенности реагирования людей на стресс
- •Выученная беспомощность
- •Эмоциональной информации
- •Механизмы иммунодепрессии, обусловленной стрессом
- •Центральная регуляция стрессовых реакций
- •Центральные механизмы адаптации
- •Роль функциональной асимметрии мозга в процессе адаптации
- •Срыв процесса адаптации и незавершенная адаптация
- •Психофизиология труда, связанная с постоянными процессами адаптации
- •Глава 4 Функциональная асимметрия мозга
- •Типы асимметрий
- •История исследований функциональной асимметрии мозга
- •Морфологическая асимметрия полушарий мозга
- •Биохимия и асимметрия полушарий головного мозга
- •Клинические данные о функциональной неравнозначности полушарий
- •Методы исследования функциональной асимметрии мозга
- •Исследования функциональной специализации полушарий мозга в норме
- •Специализация левого и правого полушарий
- •Совместная деятельность полушарий мозга
- •Леворукость и праворукость
- •Происхождение леворукости
- •Обучение и специализация полушарий
- •Рукость и функциональная асимметрия мозга
- •Возрастные особенности становления рукости
- •Глава 5 Психофизиология восприятия
- •Организация систем восприятия
- •Сенсорные системы
- •126 Зрительное восприятие
- •Сетчатка и ее функции
- •132 Передача информации из глаза в мозг
- •Анализ зрительной информации
- •Стабилизация изображения на сетчатке
- •Константность восприятия
- •Видеоэкология и агрессивная городская среда
- •Глава 6 Психофизиология восприятия (продолжение)
- •Анатомия среднего и внутреннего уха
- •Центральная часть слухового анализатора
- •Восприятие высоты тона
- •158 Локализация источника звука
- •Костная проводимость
- •Вестибулярный аппарат
- •Вестибулярная система
- •Передача информации в центральную нервную систему
- •162 Вкусовое восприятие
- •Вкусовые стимулы
- •Рецепторы вкуса
- •Проводящая система вкусовых ощущений
- •. Обонятельное восприятие
- •Вещества, вызывающие запах
- •Структура обонятельной системы
- •Соматосенсорная и висцеральная системы
- •Строение кожи и ее рецепторов
- •Восприятие температуры
- •Болевая (ноцицептивная) чувствительность
- •Пути передачи соматосенсорной информации в мозг
- •Глава 7 Психофизиология движения
- •179 Строение и функции мышечного аппарата
- •Рефлекторный контроль движения
- •Моносинаптический рефлекс
- •Полисинаптический рефлекс
- •Нервные пути, участвующие в реализации двигательной активности
- •Роль базальных ганглиев в регуляции движения
- •Роль мозжечка и ретикулярной формации в управлении движением
- •Роль лобной и теменной коры мозга в управлении движением
- •Иерархичность управления движением
- •Соотношение произвольной и непроизвольной регуляции движений
- •Глава 8 Психофизиология бодрствования
- •Состояние бодрствования
- •Цикл сон — бодрствование
- •Уровни активации и эффективность психических процессов
- •204 Роль ретикулярной формации среднего мозга в формировании состояния бодрствования
- •Роль других структур в регуляции бодрствования
- •Использование теории хаоса для описания состояния человека
- •Глава 9 Психофизиология сна
- •Сон как особое состояние сознания
- •Стадии медленного сна
- •Парадоксальный сон
- •Позы спящих людей
- •Нейронные структуры, ответственные за развитие стадий сна
- •Периодичность стадий сна
- •Влияние состояния человека на рисунок сна
- •Память и сон
- •Возрастные особенности сна Депривация сна
- •Особенности сна у животных
- •Гипотезы, объясняющие причины сна
- •Нарушения сна
- •Глава 10 Психофизиология внимания
- •Определение внимания и его виды
- •Модель внимания Бродбента и ее экспериментальная проверка
- •Внимание и функциональное состояние мозга
- •Структуры мозга, включенные в регуляцию потока сигналов
- •Роль левого и правого полушарий мозга в процессе внимания
- •Внимание и ориентировочный рефлекс
- •Нервная модель стимула
- •Глава 11 Психофизиология неосознаваемых процессов
- •Неосознаваемые содержания психики
- •Требования к исследованию неосознаваемых психических явлений
- •253 Неоднозначность осознанного отчета и неосознанного ответа при восприятии эмоциональной информации
- •Перцептивная гипотеза
- •Выявление перцептивной защиты
- •Выработка условных рефлексов на неосознаваемом уровне
- •Прайминг
- •Психофизиология восприятия эмоциональных слов
- •262 Психофизиология бессознательного
- •Глава 12 Психофизиология осознанных процессов
- •Зрительное осознание
- •Локализация сознания
- •Роль речи в осознании
- •Функциональная асимметрия и сознание
- •Сознание как информационный синтез
- •Иерархическая модель гештальта
- •Глава 13 Психофизиология эмоций
- •Врожденность эмоциональной экспрессии
- •Соответствие физиологических изменений психологическим переживаниям
- •Механизмы возникновения эмоций
- •Эмоции и функциональная асимметрия мозга
- •Информационная теория эмоций
- •Нейрональная основа эмоциональной коммуникации
- •Агрессия
- •Глава 14
- •Процесс мышления
- •Определение интеллекта
- •316 Проблемы оценки интеллекта
- •Психофизиологические корреляты мыслительного процесса
- •Анализ нейронной активности в процессе мышления
- •Ээг и томографические исследования мыслительной деятельности
- •Связанные с событием потенциалы
- •Факторы, определяющие развитие интеллекта
- •Креативность
- •Глава 15 Психофизиология памяти и научения
- •Энграмма и способы ее формирования
- •332 Нейронные механизмы рабочей (оперативной) памяти
- •Поиск структур, ответственных за долговременное хранение информации
- •Особенности формирования эксплицитной памяти
- •341 Психофизиологические механизмы имплицитной памяти
- •Классический условный рефлекс
- •Оперантное обусловливание
- •Влияние эмоциональной значимости информации на память
- •Глава 16 Речь
- •Эволюционный смысл появления речевого общения
- •Функциональная асимметрия и речь
- •Процесс произнесения слов
- •Значение слова с точки зрения психофизиологии
- •Роль лимбических структур в порождении речи
- •Глава 17
- •П. Рубенс. Адам и Ева
- •Психофизиология пола
- •Биологический смысл половых различий
- •Закономерности половой дифференцировки в онтогенезе
- •Механизмы детерминации пола в пренатальный период
- •385 Половая дифференцировка мозга
- •Половая дифференцировка после рождения
- •Репродуктивный цикл
- •Нервный контроль сексуального поведения
- •Особенности сексуального поведения животных
- •Особенности сексуального поведения человека
- •Феромоны и их влияние на сексуальное поведение
- •Воздействие половых гормонов у человека
- •Психофизиологические причины измененного сексуального поведения
- •Половые различия познавательных процессов
- •Половые различия в приспособлении к среде
- •Глава 18 Психофизиологические механизмы старения
- •Спутники старости
- •Возрастные изменения мозговой ткани
- •Возрастные изменения ненейрональной мозговой ткани
- •Старение днк
- •Когнитивные функции в возрасте инволюции
- •Болезнь Альцгеймера
- •418 Механизмы замедления старения
- •Глава 19 Психофизиологические механизмы аддиктивного поведения
- •Роль дофаминергических структур в механизме подкрепления
- •Функционирование системы подкрепления
- •Участие дофамина в пластических перестройках при инструментальном обусловливании
- •Наркотическая аддикция
- •Наркотики и дофаминергическая система
- •Алкогольная аддикция
- •Сексуальная аддикция
- •Любовная аддикция
- •Алиментарная аддикция
- •Зависимость от работы (работоголия)
- •Зависимость от игры (гэмблинг)
- •Кибераддикция
- •1Игростриарная система дофаминергических волокон
- •Глава 20 Паранатальная психофизиология
- •Особенности развития человека в раннем онтогенезе
- •Психофизиологические изменения во время беременности
- •Нервная
- •Пластинка
- •Слуховая плэкода.
- •Зачаток сердца
- •Влияние состояния матери на плод
- •Пренатальное развитие цнс
- •Перинатальный период
- •“Si-Психофизиологическая готовность к материнству
- •Морфофункциональные изменения в цнс в постнатальный период
- •473 Критические периоды постнатального развития
- •Физиологические обоснования наличия критических периодов
Возрастные изменения ненейрональной мозговой ткани
Изменения, способствующие нарушению мозговых функций в процессе старения, протекают и в глиальных клетках. Р.Терри (Terry, Davis, 1980) установил, что размер и число фиброзных астроцитов постоянно увеличиваются после 60-летнего возраста. Особенностью функционирования этих клеток является то, что они выделяют факторы, способствующие росту нейронов и их дендритов. Последствия этого пока не известны, хотя наиболее вероятным объяснением можно считать попытку мозга компенсировать сокращение количества и понижение эффективности нейронов.
Изменяется в процессе старения и внеклеточное пространство. У человека, обезьян, собак и некоторых других животных внеклеточное пространство гиппокампа, коры и других отделов мозга обычно заполняется сферическими отложениями, называемыми сенильными бляшками. Это очень медленно формирующиеся образования, являющиеся первичными агрегатами небольших молекул бета-амилоидных белков. Сенильные бляшки накапливаются также в кровеносных сосудах этих областей и в мозговых оболочках (рис. 18.4). До сих пор остается много неизвестных моментов метаболизма белка в живом мозге.
Неясно, какие клетки синтезируют этот белок, а также каково влияние се-нильных бляшек на окружающие нейроны у здоровых стареющих людей. Точно подтверждено лишь резкое увеличение их количества при болезни Альцгеймера.
Рис. 18.4. Ткань мозга 69-летнего человека с классическими признаками болезни Альцгеймера — сенильными бляшками и нейрофибриллярными клубками. Видная на этом препарате бляшка состоит из бета-амилоидного белка и расположенных по периферии поврежденных аксонов и дендритов (темные крючко-видные структуры). Клубки, которые состоят из скрученных нитей, заполняют цитоплазму некоторых клеток (темные). Бляшки и клубки появляются также в мозге здоровых стареющих людей, но их значительно меньше и их локализация ограничена (Селко, 1992).
Многие изменения в стареющем мозге человека определяются накоплением в течение его жизни молекул с измененной активностью, которые могут, с одной стороны, влиять на сам геном человека, с другой — воздействовать на процессы, обеспечивающие целостность и функционирование клеток. Повреждение ДНК и накопление нарушений в генах, в свою очередь, приводит к снижению качества производимых ими белков и изменению активности нежелательных белков (например, способствующих развитию рака).
412
413
Старение днк
Любая клетка организма имеет особую ферментную систему, предназначенную для восстановления поврежденной ДНК, что в значительной степени повышает эффективность работы генома. Однако эта система к концу жизни постепенно ослабляет свою активность, в синтезе белка начинают участвовать поврежденные фрагменты ДНК. При старении также ослабляется клеточный контроль генетической активности (Холлидей, 1989).
В настоящее время обсуждается предположение о том, что в процессе старения участвует ДНК митохондрий. Известно, что митохондрии содержат собственный набор ДНК, способный программировать структуру 13 белков, связанных с запасанием энергии в клетке. При накоплении изменений в митохон-дриальной ДНК белки, программируемые ею, теряют свои свойства, что изменяет их активность. Нарушение функционирования белков, в свою очередь, может вести к несоответствию процессов клеточного дыхания и окислительного фосфорилирования в ходе образования АТФ. Следствием этого может быть накопление свободных радикалов, обладающих разрушительной силой (см. гл. 3). Взаимодействуя с любыми веществами клетки, прежде всего с мембранами и ферментами, они способствуют их повреждению. Таким образом, накопление изменений в митохондриальной ДНК ведет к изменению процесса запасания энергии в клетке и повреждению многих структур нейрона.
Причиной большей, чем в ядре, подверженности деструкции митохондриальной ДНК может быть более низкая эффективность ее защиты в орга-неллах. К тому же она постоянно подвергается атаке со стороны активного кислорода и других свободных радикалов, являющихся неизменными побочными продуктами реакций запасания энергии в митохондриях. Свободные радикалы либо отнимают, либо добавляют элементы к молекулам, меняя их функцию и структуру.
Показано, что активность цитохромоксидазы, ключевого фермента, кодируемого митохондриальной ДНК, снижается в мозге стареющих крыс. Подобные изменения происходят и у стареющих людей: например, выявлены определенные делеции (исчезновение части нуклеотидов) в последовательностях митохондриальной ДНК мозга у больных паркинсонизмом (Селко, 1992).
Нарушение последовательностей аминокислот в белках приводит к изменению вторичной и третичной их структуры, что, в свою очередь, предопределяет степень их активности. После сборки белки претерпевают множественные модификации, включающие окисление некоторых входящих в их состав аминокислот, гликозилирование (присоединение боковой углеводной цепи) и образование поперечных сшивок (прочных химических мостиков между молекулами). Эти модификации представляют нормальный процесс и обеспечивают выполнение белками их функций. При старении во многих белках накапливаются бесполезные модификации, обусловленные неверными последовательностями аминокислот, связанными с изменением структуры ДНК. Содержание таких окисленных белков в коже человека и его мозге прогрессивно увеличивается с возрастом.
414
f., У старых крыс их количество может достигать 30-50 % от общего коли-Гчества белка. Известно достаточно редкое заболевание — прогерия, проявляющееся у молодых людей в раннем старении многих тканей. Оно сопровождается повышенным уровнем окислительных процессов в тканях и снижением антиоксидантной защиты организма. При этом заболевании у детей содержание окисленных белков достигает значений, в норме обнаруженных лишь у 80-летних стариков.
Среди белков клетки особое значение имеют ферменты, поскольку они катализируют большинство важных реакций в организме. Выявлено замедление активности некоторых ферментов, участвующих в синтезе медиаторов или их рецепторов. Чаще всего это обусловлено нарушением их третичной структуры. Кроме того, возможно изменение активности и протеиназ (ферментов, осуществляющих разрушение и вывод из организма окисленных и других белков), это также ведет к накоплению поврежденных белков. Возможно и снижение активности ферментов, инактивирующих свободные радикалы, что в еще большей мере воздействует на биохимические процессы в клетке и усиливает ее повреждение.
Дж. Карни и Р. Флад обнаружили большее количество окисленных белков у более старых, по сравнению с молодыми, мышей-песчанок, что приводит к выраженному снижению активности ряда ферментов (Селко, 1992). Падение ферментативной активности сопровождалось изменениями интеллекта у таких животных: более старые песчанки испытывали большие трудности при прохождении радиального лабиринта.
Однако в тех случаях, когда старым песчанкам вводили препарат М-трет-бутил-альфа-фенилнитрон, инактивирующий свободные радикалы и вследствие этого уменьшающий окислительный процесс, активность ферментов увеличивалась у них до уровня, выявленного у молодых. Биохимические изменения сопровождались видимыми поведенческими сдвигами: улучшалось время прохождения лабиринта. В то же время прекращение введения анти-оксиданта вновь ухудшало и биохимические и поведенческие показатели.
У пожилых людей, не страдающих специфическими заболеваниями, снижение активности некоторых ферментов и содержания отдельных белков происходит лишь на 5-30 % в сравнении с нормой. Примерно так же сокращается число нейронов. Хотя 30 %-ное изменение может казаться большим, оно происходит постепенно и потому незаметно. Результаты исследования с помощью позитронной эмиссионной томографии показывают, что мозг здоровых 80-летних людей почти так же активен, как и мозг 20-летних, поскольку он обладает значительным физиологическим резервом, обеспечивающим его толерантность к утрате нейронов (Селко, 1992).
Окислительные процессы, связанные с активностью свободных радикалов, участвуют не только в изменении белковых молекул. Не менее опасные последствия обусловлены модификацией углеводородов и липидов, составляющих мембраны клеток под воздействием свободных радикалов. Большинство биохимических процессов в нейронах происходит на мембранах, которые, с одной стороны, окружают клетку, с другой — составляют ее орга-неллы (см. гл. 1). На мембранах идут биохимические реакции в митохонд-
415
риях, сборка белка в рибосомах, синтез специфических для клетки веществ в структурах аппарата Гольджи.
С возрастом вследствие процессов, описанных выше, изменяется текучесть всех мембран, в том числе и мембран, окружающих синаптосомы, в которых находится медиатор, и мембран миелиновой оболочки, обеспечивающей прохождение импульса по аксону. Безусловно, это влияет на скорость передачи информации в мозговой ткани.
В пожилом возрасте нарушается переносимость лекарственных препаратов, что обусловлено повреждением функциональных способностей печени и почек. Обнаружена высокая чувствительность стариков к бензодиазе-пинам (например, к седуксену).
В то же время трудно с определенностью ответить на вопрос, какие процессы при старении являются первичными, а какие — вторичными. Возможно, что накопление изменений в геноме нейрона ведет к увеличению поврежденных молекул в нем. Такова же вероятность и обратного процесса, при котором накопление большого количества окисленных ферментов способствует изменению в структуре ДНК. По-видимому, оба эти процесса взаимно усиливают друг друга.
В последнее время обнаружено, что в организме человека наряду с программой, регулирующей клеточное деление, есть особая генетическая программа, реализация которой при определенных условиях приводит к гибели клеток (Агол, 1996). Обычно в онтогенезе при формировании некоторых органов человека первоначально возникает намного больше клеток, чем это необходимо для эффективного функционирования организма. Например, как уже было показано, при становлении нервной системы в критические периоды формирования тех или иных функций гибнет большое количество клеток. Их отмирание протекает без воспалительного процесса. Нейроны сморщиваются и постепенно распадаются на отдельные части, которые поглощаются специфическими клетками иммунной системы — макрофагами. Так гибнут клетки, которые не смогли установить необходимое для выживания число связей с другими нейронами.
Рис. 18.5. Электронные микрофотографии контрольной клетки а) и клетки в состоянии апоптоза б). Апоптозная клетка раздроблена на отдельные кусочки, многие из которых содержат фрагменты уплотненного хроматина (на фотографии — темноокрашенное вещество) (Агол, 1996).
В то же время в организме возможны ситуации, когда клетка получает специальный сигнал о необходимости гибели. Он передается через рецептор, активирующий внутриклеточный посредник — цАМФ, действие которого приводит к изменению набора внутриклеточных РНК. Следствием этого является активация ферментов, способных разрушать ДНК и белки. Их
' называют по этой функции нуклеазами и протеазами. Процесс деградации клетки заканчивается распадом клеточного ядра и затем самой клетки. Это явление называется апоптозом (листопад, греч.), поскольку процесс распада клетки на отдельные единицы под микроскопом напоминает это природное явление (Агол, 1996), (рис. 18.5/
Доказано, что система регуляции клеточного деления и клеточной смерти связаны между собой. Апоптоз — мощное средство профилактики раковых заболеваний. Существуют специальные гены, которые являются антионкогенами, например, кодирующий белок р53. Он сдвигает равновесие внутри клетки в сторону апоптоза, если деление клетки несвоевременно, ликвидируя таким образом потенциально опасную ситуацию. В клетках злокачественных новообразований у человека обнаружен измененный белок р53, программируемый мутированным геном, что оставляет клетки без надежного контроля.
Нарушение в обмене веществ при заражении клетки вирусом также может привести к апоптозу. Эта приспособительная реакция позволяет сохранять целостность организма за счет гибели отдельных, инфицированных клеток.