Когнитология

231

нарушением его временной организации, вследствие чего становится невозможным определение последовательности событий во времени. Электрофизиологические исследования клеточной активности гиппокампа, подтверждают участие данной структуры в обеспечении учета параметра времени (О. С. Виноградова, 1965).

Согласно другой концепции гиппокампа имеет непосредственное отношение к первичным мнестическим процессам. В качестве доказательств привлекают электрофизиологичеекой активности гиппокампа, выявленные при регистрации элекгрокортикограммы и медленные потенциалы, зарегистрированные с помощью глубинных долгосрочных электродов при предъявлении испытуемому тестов на кратковременную память (Н. П. Бехтерева и В. М. Смирнов, 1968). Возникающие при поражениях гиппокампа нарушения фиксации и хранения текущей информации могут быть связаны с затруднением перехода следов из краткосрочной памяти в долговременную ( В. М. Смирнов, А. Н. Шандурина 1976). Полагают, что гиппокампальная формация оказывает модулирующее влияние на процесс реверберации импульсов в нейронных кругах, способствуя усилению этого процесса, и, возможно, предохраняют следы памяти от интерферирующих воздействий ( К П . Бехтерева и др. 1968; А. Р. Лурия 1970; Р. Ю. Ильюченок 1972; Л. Т Попова 1972; А. К Вейн и Б. И. Каменецкая 1973).

Полагают, что в основе некоторых расстройств при поражениях гиппокампа лежат нарушения аппарата воспроизведения. Затруднения воспоминания при данной форме патологии является обратимым и при подсказке отдельные факты могут вспоминатъся-”феномен напоминания'’.

Таким образом можно полагать, что гиппокампальная формация может участвовать не только в процессах фиксации нового опыта, но и в воспроизведении усвоенной информации (Попова Л. Т. 1972; А. М. Вейн, Б. Н. Каманецкая,1973), возможно путем сохранения в памяти адресов хранящихся в памяти следов.

Итак, гиппокампальная формация принимает участие в мнестических процессах посредством: 1) модулирующих

232

влияний на протекание нейродинамических процессов, лежащих в основе консолидации следов и их перехода в долговременную память. 2) создания оптимальных условий для воспроизведения недавно закрепленной информации. 3) Путем регуляции бодрствования, внимания, эмоциональномотивационного возбуждения, являющегося необходимым условием для реализации мнестических процессов.

К настоящему времени накопилось множество работ, посвященных изучению роли миндалевидного комплекса в процессах обучения и памяти в эксперименте. Показано, что ЭС миндалевидного комплекса, применяемая после облучения нарушает выработку пассивных оборонительных реакций (Ильюченок, Винницкий, 1971;). Нарушается также выработка активного избегания. Миндалина входит в число стуктур, определяющих формирование и извлечение эмоциональной памяти, и на этой основе участвует в формировании адаптивных форм поведения (Бериташвили, Громова, 1976,1980: Ильюченок 1979).

Роль миндалины в происхождения образной памяти исследована И. С. Бериташвили, М.М. Хананашвили и др.

Эффекты стимуляция МК зависят от характера, способов выработки условных реакций, параметров применяемых раздражителей (Р. Ю. Ильюченок, 1981).

Унилатеральная симуляция МК через 4 с. после однократного удара током у кормушки вызывает у кошек амнезию, выявленную в тесте через 24 часа. ЭС МК сопровождалась появлением судорожных разрядов в МК, однако без поведенческих судорог. Развитие судорожной активности при многократной билатеральной ЭС МК формирует киидлинг и нарушает реакцию пассивного избегания, выработанную в одном сочетании (1977).

Показана возможность получения амнестического эффекта при применении досудорожной стимуляции МК (Ильюченок, Винницкий, 1971).

Показано, что при применении частоты ЭС МК 40 и особенно 60 гц облегчает обучение. Амнестический эффект возникает при применении частот 200 и 5 гц (Винницкий, 1975; Ильюченок и др., 1977). В работах Голда и соавторов показано (1975, 1978), что при усиленном обучении

233

последующая стимуляция МК оказывает амнезическое действие, при слабомусиливает эффект обучения.

Эффекты стимуляции связывают с влиянием на процесс консолидации. Предполагается, что МК способствует циркуляции эмоциогенного стимула и таким образом облегчает передачу соответствующих аспектов ситуации из кратковременной памяти в долговременную.

ЭС МК у человека сопровождалась улучшением процессов зрительной вербальной памяти. Повышение показателей психической деятельности чаще возникали при использовании серий редких импульсов (3-6 гц), в то время как при подаче стимуляции частотой 60-100 гц в ряде случаев вызывало временное выключение участка ЭС из-за поляризующего действия. ЭС одной и той же зоны мозга могла сопровождаться противоположной по характеру динамикой памяти и внимания в зависимости от исходного уровня их реализации; при низких фоновых показателях эти функции после ЭС повышались, а при высоких • не изменялись или снижались.

Артафициальные стабильные функциональные связи - универсальная модель изучения процессов извлечения

следов памяти у человека.

Впервые артифициальные стабильные функциональные связи (АСФС) были получены Смирновым и Бородкиным в 1974 г. при лечении больных паркинсонизмом и другими гиперкинезами методом вживления электродов.

Применяя для расширения возможностей лечебных ЭС стимулятор ЦНС этимизол, была обнаружена возможность формирования на базе долговременной памяти АСФС между различными подкорковыми структурами мозга.

Результаты диагностических ЭС различных участков глубоких структур мозга выявили, что исследуемые структуры по отношению к системе супраспинальной регуляции мышечного тонуса могут быть разделены на три группы. Первую группу составили структуры стимуляция которых вызывала реакцию дестабилизации мышечного тонуса, эти структуры являются “жесткими” звеньями системы

234

супраспинальной регуляции мышечного тонуса. Участки второго вида при ЭС были индефферентны к мышечному тонусу. Помимо этого в хвостатом ядре выявились участки третьего вида, стимуляция которых сопровождалась торможением всей системы супраспинальной регуляции мышечного тонуса.

Исследованиями показано, что участки второго вида могут быть подключены к системе супраспинальной регуляции и стать ее жесткими звеньями на основе формирования АСФС, которая может быть реализована двумя способами.

При первом способе ЭС участка второго вида осуществляется на фоне вызванной этимизолом дестабилизации мышечного тонуса током определенной частоты, например 25 гц, однократно или несколько раз Контрольная ЭС осуществляется на раннее, чем через час, но лучше в более отдаленные сроки-сутки, месяц. АСФС считается сформированной, если при контрольной ЭС обучаемого участка реакция дестабилизации неизменно воспроизводится при действии импульсного тока той же частоты, что и при обучении (25 гц), но полностью отсутствует при ЭС импульсами любой другой частоты (20,330,40,50 и т.д. гц).

При втором способе формирования АСФС одновременно раздражают нейронную популяцию в системе супраспинальной регуляции мышечного тонуса и точку мозга не имеющую выхода на поперечно-полосатую мускулатуру. Будучи сформирована такая АСФС остается надолго.

Нейрохимия памяти

В настоящее время можно с определенной уверенностью считать, что синапс является первым звеном, где начинает формироваться энграмма краткосрочной и долгосрочной памяти с последующим переходом структурных, возможно, конформационных перестроек макромолекул постсинаптических мембран на сому нейрона (Ю. С. Бородкин, П. Д. Шабанов,1986). При этом синапс следует рассматривать не просто как место передачи нервного импульса, а как сложнейшую морфофункционалъную систему с механизмами

235

биосинтеза, метаболизма, депонирования, высвобождения и обратного захвата медиатора в пресинаптическом звене нейрона, а также усиления активности аденилат- и гуанилатциклазы и увеличения продукции циклических нуклеотидов с последующим их участием в активации генетического аппарата клетки (1984). Исходя из изложенного механизма формирования энграммы памяти, следует предположить существенным влияние на процессы операции с энграмами медиаторных систем головного мозга. Следует отметить, что препараты медиаторного типа обладают широким спектром фармакологической активности, непосредственно или косвенно связанных с изменением передачи нервного импульса. Это в свою очередь может приводить к модификации поведения, проявляющейся в изменении эмоций, сознания, внимания и т.п. Таким образом, препараты, влияющие на нейротрансмитторные процессы могут воздействовать и на процессы, которые мы называем ассоциативные: способность к обучению, внимание, мышление, но также и неассоциативные: уровень двигательной активности, мотивацию и т. п.

Ацетилхолин. Впервые медиаторную функцию ацетилхолина показал Леви в 1921 году на блуждающем нерве изолированного сердца лягушки. Максимальное содержание ацетилхолина в большом мозге обнаруживается в стволе и хвостатом ядре, меньше его в коре, варолиевом мосту и продолговатом мозге, менее всего в мозжечке. В мозге млекопитающих количество холинэргических нейронов по отношению к общему числу нейронов с другой медиаторной системой составляет менее 10-15%. Ацетилхолин находится в мозге в трех основных фондах: 1 фонд - свободный ацетилхолин (20-25%). Он обнаруживается в присутствии ингибиторов аиетилходинэстеразы и представляет собой истинно свободный ацетилхолин, находящийся в синаптической щели, а также аиетилхолин, находящийся в телах нейронов или в аксоплазме. 75-80% ацетилхолина определяется в синаптосомах. После разрушения сшштсоы при помощи синаптического шока выявляются два других фонда АХ 2 фонд - стационарный, лабильно связанный АХ, который в свободном виде или в виде комплексов с белками в цитозоле

236

нервных окончаний, Эта часть АХ в терминалах (20-40% всего медиатора нервных окончаний), представляет собой продукт текущего синтеза АХ еше не вошедшего в состав СП. 3 фондэто депонированный стабильно связанный АХ, локализованный в СП, который составляет 6080% АХ нервных окончаний.

Участие медиаторных аминокислот в регуляции памяти

Доля в ЦНС синапсов содержащих такие медиаторы, как ацетил холин и биогенные амины невелика. Так, например, в полосатом теле мозга, содержащем дофамин только 15% дофаминэргических терминалей. В гипоталамической области, где локализован наивысший уровень норадреналина только 5% нервных окончаний являются норадренэргическими. Доля серотонинэргических синапсов в мозге меньше, чем норадренэргических, а доля холинэргических синапсов составляет не более 10% от всех типов терминалей. Основной фонд синапсов в ЦНС составляют аминокислотэргические синапсы. К медиаторным аминокислотам относят ГАМК, глутаминовую кислоту, глицин, аспарагиновую кислоту, таурин, и, возможно, пролил.

Процессы возбуждения и торможения в ЦНС представляют собой нейрофизиологическую основу способности живого индивидуума управлять своими действиями. Используя механизмы возбуждения и торможения, нервная система реализует возможность тонкой адаптации к изменениям в окружающей среде.

В основе патологии поведения лежат нарушения медиаторных механизмов в преили постсинаптических звеньях, вследствие чего формируется неконтролируемое распространение тормозного или возбуждающего процесса в ЦНС. Такие нарушения лежат в основе нервно-психических заболеваний.

Известны четыре типа синаптического возбуждения (Глебов Р. Н., Крыжановский Г. Н., 1978): 1. прямое постсинаптическое возбуждение, осуществляемое собственным медиатором.

237

2. Усиление проведения импульса и высвобождение возбуждающего медиатора из нервных окончаний через возбуждение их аксонов за счет активации третьих промежуточных нейронов (пресинаптическое возбуждение или облегчение). 3. дезингибиция (или торможение торможения), т. е. прекращение проведения импульсов и высвобождение тормозящего медиатора из нервных окончаний через гиперполяризацию их аксонов вследствие мотивации тормозящего промежуточного нейрона.

4. возбуждение электрических синапсах.

В настоящее время принято считать, что тормозящими функциями в ЦНС обладают ГАМК, глицин и таурин. (Георгиев В., 1980, Фагг Г. Фостер А. , 1983). Медиаторными кислотами преимущественно возбуждающей функции являются обнаруживаемые в мозге глутамат и аспартат

(Фоннум Ф., 1984).

Согласно современным представлениям нейротрансмитгеры взаимодействуют с нейрональными структурами, воспринимающими химическую информацию, с так называемыми рецепторами. Последние представляют собой генетически детерминированные макромолекулы. Различают пре- и постсинаптические рецепторы.

Гаммаминомасляная кислота и память

Коцентрация ГАМК в разных областях мозга колеблется в пределах от 2 до 10 мкмоль/г ткани, что отражает вовлечение этой аминокислоты в реализации многих физиологических функций, важнейшей из которых является функция главного тормозного нейротрансмиттера в ЦНС (Фанг П, Фостер А., 1983, Сытинский И. А., 1977). ГАМК, по данным радиоавтографии, локализована, главным образом, в терминалях мозга, причем ее содержат от 20 до 40% нервных окончаний различных его областей

Универсальный характер распространения ГАМК в структурах мозга, доказательство ее функционирования как одного из главных тормозных медиаторов, позволяет предположить, что ГАМКэргическая система мозга играет

238

важную роль в осуществлении высших интегративных функций ЦНС

Одним из первых доказательств возможного участия ГАМК в усдовиорефлекторной деятельности животных были опыты с мусцимулом, введение которого сопровождалось нарушением поведения. Микроинъекции ГАМК в область латерального гипоталамуса увеличивает латентный период условного рефлекса активного избегания (УРАИ) (Раевский К . С , Георгиев В. ГГ, 1986). Обнаружено, что аминоуксусная кислота замедляет выработку условного рефлекса в челночной камере. Подобным эффектом обладали фенибут, и что казалось бы неожиданным, бикукулин. Пантогам, вальпроат натрия и тиосемикарбазид не изменяли латентного периода УРАН. Увеличение латентного периода условной реакции авторы {Раевский К. С., Георгиев В. П., 1986) рассматривают как признак присущего этим веществам седативного эффекта. При применении фенибута отмечено небольшое, но достоверное увеличение содержание ГАМК в мозговой ткани (Перисик Д. и др., 1977) Вальпроат натрия использованный в дозе 200 мг/кг был не активен и не влиял на спонтанную локомоторную активность. С целью проверки предположения о связи ухудшения УРАИ и увеличения ГАМК в мозге вводили бикукулин на фоне АСУК. Бикукулин на короткое время отчетливо устранял увеличение латентного времени УРАИ, развившееся на фоне АСУК Эти данные подтверждают раннее выявленное отрицательное влияние повышения содержания ГАМК в мозге и ухудшение способности животных к выработке условных рефлексов.

Однако данные Раевского К. С. не были подтверждены в исследованиях других авторов. Так показано, что введение АСУК устраняло амнезию навыка пассивного избегания у мышей, вызванную электрошоком (Богган, Шлезингер, 1974). У крыс микроинъекция н-дипропилацетата (100 мг) в гиппокамп непосредственно после обучения рефлексу активного избегания электроболевого раздражения в У-образном лабиринте уменьшала число захождений в темные коридоры лабиринта, пробежка в которые наказывалась ударом тока (Грецки и др. 1978).

В опытах Сытинского И. А. проведенных на различных видах животных ( кошки, кролики, собаки, крысы) показано, что аппликация ГАМК (1-10 % -ный раствор) на затылочную,

239

височную или сенсомоторную область коры головного мозга больших полушарий приводила к снижению двигательной ахтивносги и пищевой возбудимости животных, подавлению пищевых и электрооборонительных рефлексов, вплоть до полного их исчезновения. Подавление формирования условной реакции активного избегания у крыс и мышей при системном введении ГАМК (2мг/кг), ее агониста мусцимола (Анден я др., 1979), а также баклофена. Двусторонняя микроиньекция ГАМК в головку хвостатого ядра угнетала выполнение пищевого условного рефлекса у кролика.

В исследованиях Ю.С. Бородкина и П. Д. Шабанова (1986) показано, что ГАМК в дозе 200 мг/кг существенно облегчает воспроизведение УРПИ. Количество животных с восстановленной реакцией после амнезии УРПИ составляло в этом случае 70%. Системное введение ГАМК в дозе 200 мг/кг нарушало воспроизведение реакции чередования. При тестировании на 10 сутки после обучения ГАМК в 2,1 раза удлиняло латентный период первого нахождения пищи, в 0,9-2,4 раза уменьшало общее количество или количество правильных ответов, и на 32,8% увеличивало длину пробежки, необходимую для выполнения одного ответа. НА 30 сутки ГАМК в 2,3 и 4,5 раза соответственно удлиняла латентные периоды первого нахождения пищи и первого правильного ответа, и в 2,2 и 5,7 раз соответственно уменьшала общее количества и количество правильных ответов.

Таким образом, можно видеть, что эффекты ГАМКергических веществ на процессы памяти могут оказаться противоположными в зависимости от пути введения, ГАМК, а также некоторые ее производные (оксибутират натрия, фенибут, баклофен и др..) рассматриваются как соединения обладающие ноотропной активностью (Машковскнй, 1982). Эти препараты обладают возможностью улучшать процессы внимания, памяти. мышления, повышать устойчивость ЦНС к повреждающим воздействиям (Гургеа. 1982, Бартис и др . 1983). Кроме того, как отмечает Островская Р. У. в Трофимов С. С. (1984) у линейных производных ГАМК отмечены выраженные антигипоксические свойства, что в свою очередь, по-видимому и обуславливает антиамнестические свойства.

240

Анализируя приведенные данные с позиций двойственной функциональной роли ГАМК-медиаторной и метаболической, можно предположить, что нейротропная активность ГАМК хотя бы и отчасти обусловлена ее способностью влиять на биосинтез белка (Сытинский. 1977).

Нейрогенетическое обеспечение формирования индивидуального опыта.

Одним из фундаментальных свойств нервной системы является способность к длительному хранению следов памяти. Одним из механизмов формирующих память, является научение.

Психология описывает научение как выработку новых способов действия, навыков, необходимых для успешного приспосабливания организма к окружающей среде. На нейрональном уровне научение - это модификация нейрональной активности, лежащая в основе этого приспосабливания, а на молекулярном уровне - регуляция активности генома, опосредующая сравнительно долгосрочные изменения функционирования нейронов. Установление соотношения молекулярного, клеточного и системного уровней организации индивидуальной адаптивной деятельности мозга представляет наибольшую сложность и актуальность (Котляр, 1989, Сварник О. Е., 2003).

Принято считать, что ключевую роль в процессах научения играет генетический аппарат нервных клеток (Шерстнев 1972; Kandel, 2001). Данная гипотеза, выдвинутая более 40 лет назад (Katz, iaistead, 1950), получила подтверждение в многочисленных экспериментах, демонстрирующих активацию синтеза РНК и белка в клетках мозга при обучении и нарушение долговременной памяти при блокаде синтеза РНК и белка в мозге (Davis, Squire,

1984).

В многочисленных исследованиях было показано, что научение сопровождается изменениями в экспрессии генов, которые приводят к морфологическим изменениям мозга (Abel & Lattal, 2001; Kandel, 2001). Первым этапом каскада таких изменений является экспрессия ранних генов, и в частности, раннего гена c-fos (Анохин, 1997).