естественно

371

При чтении на итальянском языке активировалась преимущественно лишь верхнетеменная извилина.

5.6. Изучение нейрофизиологического кодирования словесных раздражителей.

Внедрение в клиническую практику метода множественных долгосрочных (вживленных) электродов (Бехтерева, 1974) обеспечивающих прямой контакт с нейронно-

Рис. 90. Письменности японского и китайского языков Канжи и Кана.

глиальными популяциями мозга человека позволило начать изучение мозговых коррелятов психических явлений, и в частности, нейрофизиологического кода слов (Бехтерева Н.П., Бундзен П.В., Каплуновский А.С.. Перепелкин П.Д. 1974). Исследования проводились на больных страдающих паркинсонизмом и фантомно-болевым синдромом, лечение которых осуществлялось через вживленные электроды. Электроды были изготовлены из золота и вводились в ядра зрительного бугра, медиальные отделы височной доли и премоторную кору, бледный шар, верхние отделы ствола, хвостатое ядро. У одного больного единовременно вживляли от 36 до 42 электродов, причем они соединялись в пучки по 6-8 электродов в каждом. В процессе исследований накапливаясь мате-

372

риалы о связи различных участков мозга с обеспечением психической деятельности.

Основным кр итерием указанно й связи служила воспроизводимость физиологических показателей при неоднократном предъявлении психологических тестов. На основании проведенных исследований строились карты мозгового струк- турно-функционального обеспечения психической деятельности. В качестве психологического теста использовались пробы на краткосрочную память состоящая в предъявлении больному известных и неизвестных слов, бессмысленных триграмм и квазислов. Воспроизведение теста осуществлялось мысленно или вслух.

Изучение нейрофизиологического кодирования предъявляемых раздражителей производилось с помощью анализа мультиклеточной активности нейронных популяций мозга. Изучение мультиклеточной активности производилось по амплитуде и форме спайков.

В момент предъявления теста в нейронных популяциях срединного центра, таламического ядра было обнаружено возникновение характерной перестройки импульсной активности, отражающее акустические характеристики предъявляемых слов. Таким образом, был обнаружен акустический код. Также был выявлен управляющий код, который соотносился с акустическими характеристиками слова произносимого обследуемым. Этот паттерн был выявлен в тех же нейронных популяциях, где был обнаружен первичный акустический код, и его формирование рассматривают, как один из механизмов управления ответной реакцией.

При предъявлении в качестве тест сигналов фонем русского языка также были обнаружены специфические коды активности, подобные акустическому коду

373

Глава 6.

Физиологические механизмы сна

Сон - естественный физиологический процесс пребывания в состоянии с минимальным уровнем мозговой деятельности и пониженной реакцией на окружающий мир, присущий млекопитающим, птицам, рыбам и некоторым другим животным, в том числе насекомым.

Сон — жизненно необходимое периодически наступающее особое функциональное состояние, характеризующееся специфическими электрофизиологическими, соматическими и вегетативными проявлениями.

Китообразные, дельфины и птицы обладают интересной способностью к одностороннему сну. Они спят "наполовину": с одним открытым глазом и одним бодрствующим полушарием. Спящее и бодрствующее полушария меняются. Эта способность животных, живущих в море, объясняется функцией, которая следит за дыханием.

Существует ряд гипотез сна:

1.Сон обеспечивает отдых организма.

2.Сон играет важную роль в процессах метаболизма.

В фазу медленного сна (ФМС) высвобождается гормон роста. В фазу быстрого сна (ФБС) восстановление пластичности нейронов, и обогащение их кислородом; биосинтез белков

иРНК нейронов.

3.Сон способствует переработке и хранению информации. Сон (особенно ФМС) облегчает закрепление изученного материала, быстрый сон реализует подсознательные модели ожидаемых событий.

4.Сон — это приспособление организма к изменению освещённости (день-ночь) и зависит от выработки мелатонина.

5.Сон восстанавливает иммунитет путём активизации T- лимфоцитов, борющихся с простудными и вирусными заболеваниями.

Известно, что периодическое чередование естественного сна и бодрствования относится к так называемым циркадианным ритмам и во многом определяется суточным изменением освещенности. Человек примерно треть своей жизни проводит

374

во сне, что обусловило давний и пристальный интерес у исследователей к этому состоянию.

Бывшие некогда популярными так называемые пассивные теории сна, в том числе и теория деафферентации и функциональной деактивации восходящей активирующей системы (Bremer F., 1935, Moruzzi G., Magoun IT. W., 1949),

под влиянием новых фактов и идей потеряли свою, казалось бы, естественную убедительность, хотя несомненно, что отключение афферентации и блокада поступающей в мозг активирующей стимуляции имеют важное значение для возникновения и поддержания сна.

Восходящие к коре мозга проекции начинаются в холинергических клетках мозга ствола мозга в педункулопонтинном ядре покрышки моста (ППЯ), и направляются дорзально (вверх, по стрелке, рис. 91) в таламус, активируя таламокортикальную систему.

Рис. 91. Центры бодрствования" в головном мозге человека. Схематическое изображение сагиттального среза мозга человека, на который нанесены области мозга и соответствующие нейропередатчики, а также пути, вовлеченные в генерацию и поддержание бодрствования Центры бодрствования" в головном мозге человека (Ковальзон В. М., 2012, 2015).

Кроме этого, проекции от холинергических клеток ППЯ проходят вентрально (нижние стрелки) к базальным ядрам переднего мозга (БЯП), где также находятся холинергические

375

клетки, переключающие активирующие сигналы к коре. Восходящие аминергические проекции ствола имеют своим источником норадренергические клетки, находящиеся в области синего пятна (СП), а также серотонинерегические нейроны в дорзальных ядрах шва (ДЯШ). Они направляются как дорзально к таламусу для активации таламокортикальной нейронной сети, так и вентрально к гипоталамусу и базальным ядрам переднего мозга для активации таламо-кортикальных и базалокортикальных сетей. Имеются и прямые проекции от групп аминергических клеток к коре. Проекции от глутаматергических клеток области прецерулеус/парабрахиалис (ПЦ/ПБ) в ростральной части ретикулярной формации среднего мозга (РФ) простираются дорзально к таламусу для активации таламокортикальной системы и вентрально в гипоталамус, активируя гипоталамо-кортикальную сеть. Проекции от дофаминергических клеток в области вентральной покрышки среднего мозга и компактной части черного вещества (ВП) также достигают таламуса, гипоталамуса и базальных ядер переднего мозга, активируя таламо-кортикальные, гипоталамо-кортикальные и база- ло-кортикальные нейронныесети. Эти дофаминергические клетки также имеют прямые проекции в кору. Гистаминергические клетки в туберомаммиллярных ядрах заднего гипоталамуса (ТМЯ) и холинергические клетки в базальных ядрах переднего мозга (БЯП) проецируются непосредственно в кору. Активация клеток супрахиазмальных ядер (СХЯ), содержащих два типа нейронов – выделяющих глутамат и выделяющих нейропептид Y, так же как активация клеток латерального гипоталамуса (ЛГ), синтезирующих пептид гипокретин/орексин, и клеток медиальной префронтальной коры (ПК), выделяющих глутамат, может также непосредственно активировать обширные области коры мозга. Активация этих областей мозга вызывает прямо или косвенно (через таламо-кортикальные, гипоталамокортикальные и/или базалокортикальные восходящие пути) активацию коры, а также глобальную активацию всего мозга, необходимую для запуска и поддержания состояния поведенческого бодрствования. В то же время еще недостаточно изучено, что происходит в мозге при различных изменениях внутри состояния бодрствования. Вероятно, они происходят за счет раз-

376

ного уровня активации различных вышеприведенных «центров бодрствования». Синтез и накопление мозговых метаболитов прямо пропорциональны интенсивности и длительности активации тех или иных «центров бодрствования» и общей актива-

ции всего мозга. (Datta S., MacLean R.R., 2007; Ковальзон В.М., 2011)

Орексин А и Б – нейротрансмиттеры, относящиеся к бодрстование-промоторной системы мозга. У пациентов с нарколепсией нет орексиновых нейронов Антагонисты орексиновых рецепторов являются перспективными препаратами для терапии инсомнии.

В настоящее время стало очевидным, что сон — это физиологическое состояние, возникающее при активации специальной системы (Вейн А. М.., 1971; Hernandez-Peon R., 1961). Эта система включает в себя образования, относящиеся к различным отделам мозга и имеющие связи с разными структурами ЦНС. Очевидно, поэтому низкочастотная злектростимуляция многих мозговых структур способна, как показывают многочисленные исследования, проведенные в условиях хронических экспериментов, вызывать электрографическое выражение сна — веретена и медленные волны в коре, которые могут сопровождаться поведенческой картиной сна. Из этого не следует, однако, что все структуры, входящие в сомногенную систему, функционально равнозначны.

К. Akert (1965), одним из первых пришедший к выводу о том, что анатомическим субстратом сна является не какойлибо центр, а многозвеньевая интегративная система, допускал наличие специфических сомногенных областей. Открытие двух видов сна—медлепноволнового и быстроволнового, или парадоксального, и изучение их механизмов показали, что указанные виды сна возникают при активации раз-

личных мозговых структур (Моruzzi D., 1962, 1972; Jouvet M., 1965—1980).

Медленный сон начинается с того, что представленные на предыдущем рисунке «центры бодрствования» ослабляют свою активность, из-за чего находящиеся в переднем гипоталамусе и преоптической области тормозные нейроны, синтези-

377

рующие гамма-аминомасляную кислоту и пептид галанин включаются и запускают состояние медленного сна. Далее эти тормозные нейроны, активируясь, тормозят «центры бодрствования» (сокращения - см. предыдущий рисунок). Их нейронная активность ослабляется, и сон продолжается. Кроме этого, дополнительно включаются тормозные ГАМК-ергические нейроны 1-го и 2-го слоёв коры, а также нейроны одиночного ядра в продолговатом мозге, поддерживая и углубляя состояние мед-

ленного сна (Datta S., 2007; Ковальзон В.М. 2011).

Рис. 92. Механизм медленного сна."Центр сна" в головном мозге человека (Ковальзон В. М., 2015).

«Центр сна» в преоптической области гипоталамуса, нейроны которого выделяют ГАМК и галанин, тормозит «центры бодрствования» в стволе и гипоталамусе. Эндогенные «регуляторы сна» - аденозин и NO – тормозят активирующий центр в базальной области переднего мозга, орексин/гипокретинергические и гистаминергические нейроны гипоталамуса. Аденозин активирует «центр сна» VLPO/MnPO. Отмечены также ГАМК/глицинергические парафациальные нейроны медуллярного «центра сна» (PZ), тормозящие основной глутаматергический «центр бодрствования» в медиальном парабрахиальном ядре (MPB) (Richter C., Woods I.G., Schier A.F., 2014).

378

ГАМК-ергическая парафациальная зона (PZ, отмечена голубой звездочкой рис.24) – медуллярный «центр сна». При активации in vivo нейроны PZ коротколатентно вызывают медленный сон и дельта-волны в ЭЭГ, а также моносинаптическое выделение ГАМК (красная тормозная стрелка) на глутаматер-

Рис. 93. ГАМК-эргическая парафациальная зона (PZ) - медуллярный центр медленного сна (Ковальзон В. М., 2015).

гические парабрахиальные активирующие нейроны (РВ), которые непосредственно проецируются на крупноклеточные ядра базальной области переднего мозга (BFmc). Последние, в свою очередь, проецируются на префронтальную (PFC) и другие области неокортекса, выделяя, по-видимому, глутамат, ацетилхолин и ГАМК.

Обозначения: waking EEG – ЭЭГ в бодрствовании; SWS EEG (cortical SWA) – ЭЭГ в медленном сне, медленные волны в коре. (Anaclet C., Lin J.-S, Vetrivelan R., Krenzer M., Vong L., Fuller P.M., Lu J., 2012; Anaclet C., Ferrari L., Arrigoni E., Bass C.E., Saper C.B., Lu J., Fuller P.M. 2014).

Важной частью сомногенной системы, играющей существенную роль в модуляции ее активности, является орбитофронтальная кора и, в частности, кора орбитальной извилины. Возбуждение этой области коры, вызываемое аппли-

379

кацией ацетилхолина или электростимуляцией приводило к синхронизации ЭЭГ и поведенческому сну, разрушение — к сокращению продолжительности сна.

Открытие Е. Азеринским и Н. Клейтманом явления «быстрого», или «парадоксального», сна, во время которого были обнаружены быстрые движения глазных яблок (БДГ) при за

Рис. 94. Механизмы быстрого сна. Мозг человека в быстром сне. Подкорковые и корковые области активации/деактивации мозга во время быстрого сна, основанные на данных как позитронной эмиссионной томографии, так и нейрофизиологии. Самые темные области – активация, более светлые - деактивация.

Сокращения: РТ, покрышка моста; А/Р, миндалина и парагиппокампальный комплекс; АС, передняя поясная кора; РС, задняя поясная кора; DPC, дорзолатеральная префронтальная кора; LDT, латеродорзальные ядра покрышки; РРТ, педункулопонтинные ядра; cingulum – поясная кора; thalamus – таламус; pons – мост. Надписи на рисунке: sensory input blocked – сенсорный приток заблокирован; emotional and remote memory increased – активация эмоциональной памяти и памяти на дав-

ние события; insight and working memory reduced – снижение адекватной самооценки и рабочей памяти; fictive visual data generated – генерация фиктивных зрительных образов; PGO system turned on – включение понто-геникуло-окципитальной системы (генерирующей, как предполагают, зрительные обра-

зы, связанные со сновидениями); medulla oblongata with motor inhibitory neurons – продолговатый мозг с тормозными двига-

380

тельными нейронами; motor output blocked – моторный выход заблокирован (Bassetti C.L., Bischof M., Valko P., 2006; Ковальзон В.М.,2011, 2015).

крытых веках и общей полной мышечной релаксации, послужило основанием для современных исследований физиологии сна. Оказалось, что сон представляет собой совокупность двух чередующихся фаз: «медленного», или «ортодоксального», сна и «быстрого», или «парадоксального», сна. Название этих фаз сна обусловлено характерными особенностями ЭЭГ: во время «медленного» сна регистрируются преимущественно медленные волны, а во время «быстрого» сна — быстрый бета-ритм, характерный для бодрствования человека, что дало основание называть эту фазу сна «парадоксальным» сном.

Рис. 95. Быстрый (парадоксальный, РЕМ) сон («классическая» модель Хобсона-МакКарли). Ядра ствола, активные в быстром сне, включая LDT/PPT/SLD/PC, и выделяющие ацетилхолин, глутамат или ГАМК, активируют базальную область переднего мозга и кору, вызывают мышечную атонию и быстрые движения глаз (БДГ). Гипоталамические нейроны, содержащие нейропептид МСН (меланин-стимулирующий гормон), участвуют в регуляции быстрого сна, подавляя центры, его тормозящие (торможение торможения), включая область vlPAG/LPT/DR/LC.

Переключатель медленный-быстрый сон. Во время быстрого сна серотонинергические/норадренергические нейроны DR/LC замолкают, позволяя холинергическим нейронам LDT/PPT генерировать признаки быстрого сна, включая БДГ, активацию ЭЭГ и атонию на ЭМГ. Эта реципрокная активность