Начало >> Статьи >> Архивы >> Развивающийся мозг

Экологические факторы и гетерохронии в созревании восходящих активирующих влияний - Развивающийся мозг

Оглавление
Развивающийся мозг
Эволюция мозговых структур
Вписанность эволюции живого в пространственно-временной континуум мира
Эволюция жизни как эволюция систем
Мозг как биологический экран внешнего мира
Отражение константных параметров в эволюции мозга
Системогенез и его предпосылки
Теория функциональных систем П. К. Анохина, Барталанфи
Опережающее развитие нервных структур
Генетические предпосылки опережающего созревания нервных структур
Системное созревание восходящих активирующих влияний ретикулярной формации
Экологические факторы и гетерохронии в созревании восходящих активирующих влияний
Гетерохронное созревание болевых механизмов восходящих активирующих влияний ретикулярной формации
Системный принцип в созревании восходящих активирующих влияний
Химическая эволюция восходящих влияний ретикулярной формации
Гетерохронное созревание восходящих возбуждений сенсомоторной коры
Гетерохрония в созревании восходящих возбуждений сенсомоторной коры
Морфологические исследования кортикальных структур
Онтогенетическая эволюция вторичных компонентов вызванного потенциала
Эволюция вторичного ответа Форбса
Эволюция вторичного отрицательного компонента
Созревание проекционной зоны сенсомоторной коры
Анализ гетерохронного созревания компонентов первичного ответа
Филогенетическая эволюция восходящих систем спинного мозга
Эволюция химической специфичности синаптических организаций коркового нейрона
Биологические предпосылки нейрохимической организации нейрона
Действие ГАМК на поверхностные синаптические системы коры в процессе онтогенеза
Эволюция судорожной активности незрелой коры
Гетерохронный рост зрительных проекций как предпосылка системного созревания коры мозга
Особенности вызванных потенциалов зрительной коры и онтогенез
Онтогенетические исследования вызванных потенциалов зрительной коры
Созревание первого длиннолатентного отрицательного компонента дельта
Происхождение возбуждений, формирующих ВП в онтогенезе
Химическая специфичность компонентов вызванного ответа зрительной коры
Гетерохронное созревание подкорковых структур зрительной системы
Гетерохрония в созревании элементов сетчатки
Эпицентрическое и конвергентное созревание восходящих возбуждений зрительной коры
Филогенетические предпосылки гетерохронии восходящих афферентных систем зрительной коры
Принципы созревания восходящих возбуждений коры мозга
Заключение

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ И ГЕТЕРОХРОНИИ В СОЗРЕВАНИИ ВОСХОДЯЩИХ АКТИВИРУЮЩИХ влиянии ретикулярной
ФОРМАЦИИ НА КОРУ МОЗГА
Изучению развития спонтанной ЭЭГ в онтогенезе и се изменениям в ответ на различные стимулы посвящен ряд исследований как на незрелорождающихся (белые крысы, кролики, котята, щенки, обезьяны), так и на зрелорождающихся животных — морская свинка (Пенник А. С., 1940; Делов В. Е., 1947; Данилов И. В., 1958; Libet ct al., 1941; Bures, 1960).
Однако ни в одной из этих работ не ставился вопрос о макро- и микрогетерохрониях в созревании мозговых структур как выражении системогенетического развития мозга в делом. Именно экологическая направленность особенностей развития мозговых структур определяет специфические различия нервной деятельности у различных видов (Tuge И., 1960).
С этой точки зрения особый интерес представляет анализ эмбрионального созревания мозга у видов с различной физиологической зрелостью функций к моменту рождения, так как в этом возрасте можно «подсмотреть» самые первые моменты возникновения и начальные стадии формирования системы. Наиболее удобным объектом для этой цели оказались эмбрионы морокой свинки и птиц (Jasper Н. И., 1937; Flexner L. В., 1950; Carsia-August Е. Jr., 1954). Пионером в исследовании онтогенеза мозга был Корнмюллер (1935).
Например, голубь как типичный представитель птенцовых вылупляется совсем незрелым, и наоборот, цыплята выводковые вполне способны к самостоятельному существованию. Сразу после вылупления они подсыхают, клюют, отвечают на зов матери или просто на постукивание пальцем по полу. То же самое наблюдается и среди млекопитающих. Морские свинки сразу после рождения самостоятельно грызут морковку, и наоборот, кролики, котята, особенно мыши и крысы, рождаются совершенно беспомощными. Особенности экологии определяют и опережающее развитие важнейших сенсорных систем, необходимых в ранний период жизни. Так, например, у всех млекопитающих, рождающихся слепыми, слуховой анализатор созревает раньше зрительного, у птиц дело обстоит совсем наоборот.
Весьма зрелая реакция ЭЭГ новорожденной морской свинки, возникающая в ответ па нанесение натурального ноцицептивного раздражения (Ата-Мурадова Ф. А., 1959). В отличие от болевой десинхронизации ЭЭГ, как это имеет место у взрослых животных, реакция у новорожденных носила характер перемежающейся активности десинхронизации с четкими веретенообразными колебаниями. Другими словами, она состояла из двух компонентов: болевой гиперсинхронизации незрелого мозга и десинхронизации взрослой коры.
Мы это объясняем тем, что на этой стадии развития существует временное «перекрытие» в последовательном созревании двух эволюционно различных по возрасту механизмов восходящей активации: синхронизирующих и десинхронизирующих. У взрослого животного первые полностью вытесняются вторыми.
Значительная гетерохрония наблюдается между созреванием «звуковой» десинхронизации коры и «световой»: первая у эмбриона созревает раньше и остается лучше выраженной у новорожденной морской свинки. После рождения мозг морской свинки и по параметру химической специфичности достаточно зрелый: у него дефинитивная чувствительность к КС1 и минталу. Последний вызывает характерное понижение активности ЭЭГ со вспышками веретен, что указывает на зрелость подкорковых и кортикальных структур.
Таким образом, все эти данные свидетельствуют о функциональной зрелости коры новорожденной морской свинки и практически полном созревании к моменту рождения всех функциональных систем, их периферических и особенно центральных аппаратов. Все гетерохронии развития, которые у незрелорождающихся животных еще продолжают выявляться после рождения, у морской свинки оказываются законченными к моменту рождения в связи с жесткими требованиями ее экологии. Эта законченность созревания простирается до топких микроструктурных процессов на уровне синаптических образований коры мозга, на что указывает дефинитивный характер электрогенеза.
Белые крысы рождаются особенно незрелыми по сравнению со щенятами, котятами и кроликами. Поэтому на этом объекте возможно проследить самые первые стадии развития электрической активности не на плодах, а в постнатальном развитии, что представляет большое методическое преимущество.
У новорожденной крысы практически отсутствуют какие-либо признаки спонтанной активности.
Первые колебания ЭЭГ у них появляются только на 3—4-й день постнатального развития (в отдельных случаях они могут быть обнаружены несколько раньше) (Crain S. М., 1952; Tuge Н., 1960; Bures J., 1957). Только на 18-й день ЭЭГ по частоте и амплитуде выглядит как ЭЭГ взрослого животного. Естественно, что у этого вида при рождении полностью отсутствует какая-либо восходящая активация коры. Это указывает на отсутствие функционально зрелых аксодендритических синаптических переключений, которые в коре новорожденного котенка и кролика уже хорошо представлены.
Еще позже созревают синаптические системы коры по своим химическим параметрам. Так, например, аппликация 1% раствора стрихнина на кору 12-дневного крысенка не всегда вызывает генерацию стрихнинного спайка, как у кролика.
Таким образом, и на уровне микрохимических процессов в созревании коры проявляется видовая специфика: у кроликов чувствительность к стрихнину «созревает» намного раньше. У крыс только с 15-го дня жизни кора способна формировать стрихнинные спайки, барбитуровые веретена при введении минтала и отвечать депрессией на аппликацию 10% раствора хлорида калия. Заметно гетерохронируют и такие формы восходящей активации, как реакция на звуковые раздражения и свет. Первая появляется в виде депрессии ЭЭГ на 12-й день постнатального развития, а вторая — только на 15-й день. Эта последовательность в созревании коры и ее синапсов наблюдается у разных видов: кролика, морской свинки и крыс и, очевидно, отражает более универсальные особенности реализации стабильных генетических программ, специфических для созревания мозговых структур. Обратные отношения в последовательности созревания «звуковой» и «световой» восходящих активаций наблюдаются у птиц, в экологии которых, наоборот, ведущим является зрительный анализатор.
Эти исследования были проведены группой японских ученых (Tugc Н., 1960) и в лаборатории А. Б. Когана.
Спонтанная электрическая активность у эмбриона цыпленка наблюдается уже на 13-й день эмбрионального развития в форме легких колебаний изоэлектрической линии. На 16-й день возникают нерегулярные медленные колебания, после 17-го дня инкубации ЭЭГ принимает вид ритмичной кривой. На 3-й день после вылупления картина ЭЭГ приближается к картине ЭЭГ взрослых животных, а в период от 7-го до 9-го дня постнатальной жизни активность становится идентичной таковой взрослого животного.

Уже в возрасте 21 дня инкубации у эмбриона цыпленка наблюдается тенденция к депрессии электрической активности при освещении в 500 Вт (реакция более четко проявляется в темноте). Через 3 дня после вылупления депрессия хорошо выражена на обычную световую стимуляцию и на 6-й день становится совершенно отчетливой. И только у трехдневного цыпленка появляется реакция в ответ на звуковые раздражения и прочно устанавливается к 10-му дню.
У трехдневного голубя (птенцовые!) электрическая активность коры по уровню зрелости сопоставима с таковой эмбриона цыпленка на 13-й день инкубации: регистрируются только отдельные очень слабые колебания, едва выдающиеся над уровнем изоэлектрической линии. От 14-го до 17-го дня жизни ЭЭГ голубя напоминает ЭЭГ только что вылупившегося цыпленка. Таким образом, и в этом случае созревание функциональной активности мозговых структур как особенность эмбриогенеза отражает специфичность экологических условий вида, с которыми встречается птенец в момент вылупления. У птенца голубя до 8-го дня жизни отсутствуют изменения ЭЭГ на звуковое и световое раздражение.
Начиная с 10-го дня появляется четкая депрессия на освещение. Аппликация 1 % раствора стрихнина не вызывает никаких изменений электрической активности коры у 3—4-дневного голубя, введение минтала только у 6-дневного голубя подавляет фоновую активность и вызывает появление вспышки веретен. Эти феномены указывают на определенную зрелость соответствующих восходящих систем.

В этих фактах поражает разница в темпах эмбрионального развития обоих видов: у цыпленка ЭЭГ почти сформирована уже к моменту вылупления, в то время как у голубя она достигает этого уровня зрелости только через 17 дней после вылупления! Такая же огромная разница во времени существует и в отношении сроков реализации афферентных влияний на ЭЭГ: свет вызывает депрессию фоновой активности ЭЭГ уже у эмбриона цыпленка (на 21-й день), а у голубя — после вылупления (на 10-й день). Так же обстоит дело и со звуковым раздражением. В связи с этим мы считаем необходимым еще раз отметить более раннее созревание реакции ЭЭГ на свет, чем на звук у обоих видов.
Такое «опережение» световой афферентации по сравнению со звуковой может иметь место только при существовании очень резкой гетерохронии в скоростях развития обеих систем, которая в свою очередь обусловливается в конечном счете внешними факторами — особенностью экологии птиц, у которых зрительный анализатор играет решающую роль в поведении.
Аналогичные функциональные гетерохронии в созревании мозга четко прослеживаются и в классе млекопитающих. У щенят разница между ЭЭГ сна и бодрствования не определяется до 18—20-го дня.
Следовательно, восходящая активация «бодрствования» со стороны ретикулярной системы созревает только после 20 дней жизни (Розанова В. Д., 1960; Аршавский И. А., 1967). Эта же функциональная система «бодрствования» еще быстрее созревает у котят и кроликов.
По нашим данным, у новорожденного крольчонка без наркоза во всех областях коры регистрируются низкоамплитудные колебания, еле выдающиеся над уровнем изоэлектрической линии. Наиболее четко электрическая активность выражена в передней и сенсомоторной области, наиболее слабо — в зрительной коре.
В сенсомоторной коре новорожденного уже регистрируется вызванный потенциал в ответ на раздражение седалищного нерва. Генерация этих постсинаптических потенциалов указывает на присутствие зрелых аксодендритических синапсов, которые активируются локальным восходящим потоком. Естественно, что и спонтанная ЭЭГ — результат спонтанной активации первых и немногочисленных зрелых аксодендритических синаптических систем. Если электрод нарушает целостность поверхности коры, то могут возникать даже отдельные спайкоподобные колебания.
На 3-й день постнатальной жизни на ЭЭГ появляется важный с точки зрения ее функционального созревания компонент; вспышки «веретен», которые синхронно возникают в сенсомоторной и передней областях. По своему рисунку эти колебания походят на веретена покоя взрослых животных или на веретена, появляющиеся в наркотическом сне, в частности при барбитуратовом наркозе, подкорковое происхождение которых в настоящее время относят к деятельности таламической системы и активации механизмов реверберации между корой и таламусом.
Таким образом, у кроликов на 3-й день уже начинается созревание восходящих влияний таламической системы и ее синаптических окончаний в коре мозга с первичной локализацией только в сенсомоторной и передней коре. В зрительной коре, где такие веретена являются характерным признаком взрослого животного, в онтогенезе созревают в последнюю очередь. Эти связи таламуса с корой мозга оказываются детерминированными еще до рождения; прямое раздражение интраламинарного таламуса вызывает уже в первый день жизни четкие веретена отрицательной полярности. У взрослых, как известно, имеется и положительный компонент (Фарбер Д. А., 1970).

На 7-й день постнатальной жизни в затылочной области тоже можно обнаружить группы колебаний, синхронных колебаниям других областей. В это же время происходит созревание двух первых каналов зрительных возбуждений, приходящих в кору из претектальной области (Ата-Мурадова Ф. А., 1967—1977). С точки зрения современных представлений об интегративных функциях передних отделов коры мозга ускоренное созревание премоторной области должно несомненно в дальнейшем способствовать такой же ранней конвергенции восходящих сюда возбуждений.
Подробный анализ морфогенеза коры, стратификации начиная с эмбрионального периода показал, что на 22-й день эмбрионального развития, когда можно зарегистрировать спонтанные электрические колебания, в кортикальной пластинке эмбриона уже есть 3 слоя: наружный, интенсивно окрашенный на месте будущих II—III—IV и V слоев, промежуточный, бедный клетками, и внутренний темный слой — будущие VI и VII.
С 22-го дня начинается энергичная дифференцировка пирамидных клеток моторной коры. В связи с этим мы, так же как и Н. Jasper с соавт. (1937), считаем, что начало появления спонтанной активности находится в причинной связи с дифференцировкой клеточных элементов коры типа моторных пирамид. По нашим данным, именно сюда, на апикальные дендриты I слоя коры, восходят самые первые афференты неспецифического ретикулярного происхождения и здесь, таким образам, формируются самые первые синаптические контакты созревающей коры мозга (Ата-Мурадова Ф. А., Чернышевская И. А., 1966). Созревание цитоархитектонических особенностей моторной зоны протекает очень быстро, и к 25-му дню эмбриональной жизни уже имеет место ее четкая дифференцировка.
Развитие зрительной области, напротив, происходит гораздо медленнее и к моменту рождения ширина ее значительно меньше ширины моторной коры, что свидетельствует о четкой гетерохронности созревания этих областей. К этому сроку в моторной коре двигательные пирамиды уже дифференцировались и в ее нижних слоях наблюдается отчетливая радиальная исчерченность.
К 10—14-му дню постнатального развития цитоархитектонически все элементы коры в общих чертах достигают дефинитивного развития, обладают перинуклеарной цитоплазмой и нисслевскими «глыбками», что указывает па зрелость различного рода белоксинтезирующих органелл (рибосом).  Таким образом, клетка готова к синтезу своих специфических белков. Однако размеры клеток еще продолжают увеличиваться. Зрительная область к этому сроку «догоняет» моторную кору по развитию клеточных элементов и толщине. Таким образом, и по функциональному показателю, и по эмбриональным морфогенетическим процессам дифференцировки клеточных элементов выявляется отчетливая гетерохрония между созреванием двух областей коры, опережающее созревание сенсомоторной коры и более позднее и длительное созревание зрительной коры.
Эта гетерохрония еще более отчетливо выявляется в созревании специфических проекций этих двух областей коры.
Отставание созревания зрительной коры, очевидно, есть отражение системогенетической направленности развития мозга: по своей экологии кролик является «слуховым» животным, поэтому зрительная функция у него, как и у всех грызунов, развивается медленнее. Именно поэтому звуковые и световые раздражения в различные сроки формируют и важный феномен корковой активности — реакцию десинхронизации в коре.

Гетерохронное созревание активирующих влияний на свет и звук. Внешние раздражения — слуховые, зрительные и т. д., вызывая настороженность животного, обусловливают реакцию десинхронизации спонтанной электрической активности коры в результате восходящего активирующего влияния ретикулярной формации на кору мозга. Момент появления реакции десинхронизации в зреющей коре в ответ на свет или звук указывает на созревание активирующих влияний этих экологических раздражителей на кору мозга.
Интересно отметить следующее. В возрасте 3—4 дней ЭЭГ почти не изменяется при действии звука, однако поведенческая двигательная реакция на него хорошо выражена. Это свидетельствует о том, что на стволовом уровне уже имеется первичная интеграция стимула с двигательной активностью, т. е. начинается созревание поведенческой функциональной системы с конечным приспособительным эффектом — реакцией затаивания. Следует отметить и другой важный факт: после движений животного ЭЭГ приобретает десинхронизированный характер. Ни па зрительные, ни па слуховые раздражения десинхронизацию получить еще не удается. Следовательно, налицо гетерохрония в созревании активации коры со стороны различных афферентных «вводов»: проприоцептивные уже способны активировать кору, а слуховые и зрительные еще нет.



Рис. 9. Системное созревание восходящих активирующих влияний ретикулярной формации на кору мозга, отражающих экологические особенности видов при раздражении звуком и светом.

Рис. 8. Созревание реакции усвоения ритма на 15-й день жизни кролика при различных частотах светового ритма. Сверху вниз: ЭЭГ передней, сенсомоторной и зрительной коры, отметка частоты ритма. Калибровка здесь и далее: 1 с, 50 мкВ.

В этом возрасте появляется четкая реакция усвоения ритма только в зрительной коре, которая продолжается и после окончания раздражения (рис. 8).
Таким образом, у кроликов восходящие влияния на кору со стороны ретикулярной формации в ответ на звуковые и световые стимулы созревают с известной гетерохронией: «звуковые» несколько раньше. Такое опережение в созревании «звуковых» восходящих влияний наблюдается и при созревании вызванных ответов в слуховой коре и является отражением системогенетического развития мозга (рис. 9).
Более раннее созревание функций слуховой системы по сравнению со зрительной было обнаружено и в онтогенезе белых крыс (Tuge Н., 1960), что находится в соответствии с особенностями экологии грызунов.
Отчетливую активацию ЭЭГ во всех областях коры до 10-го дня можно наблюдать только после моторного возбуждения животного.
Усвоение ритмических мельканий в зрительной коре появляется только на 12-й день жизни, т. е. значительно позднее появления первых потенциалов на вспышку. Это указывает на весьма позднее созревание синхронизирующих восходящих влияний зрительной системы, в то время как спонтанные веретена таламического интраламинарного происхождения созревают уже к 3-му дню жизни.
Таким образом, различные части таламической восходящей системы резко гетерохронируют во времени установления своих первых синаптических контактов с корой мозга.
Следует особо остановиться на следующем обстоятельстве. И в сенсомоторной, и в зрительной коре развитие спонтанной активности предшествует созреванию вызванной активности, хотя первая очень мала по своим амплитудным характеристикам. Этот факт указывает по крайней мерс на два обстоятельства: на наличие очень слабого потока спонтанной восходящей импульсаций в этом возрасте, поддерживающей ЭЭГ, и очень незначительного числа зрелых аксодендритических синаптических переключений. Как показали морфологические исследования коры новорожденного, эту слабую спонтанную активность невозможно связать с циркуляцией возбуждения по «нервным сетям», так как таковые развиваются постепенно и
полностью отсутствуют в этом возрасте. В исследованиях И. А. Чернышевской показано, что на этой стадии только начинается развитие коллатералей даже таких зрелых элементов коры, как двигательные пирамиды Беца. У звездчатых клеток еще полностью отсутствуют дендриты, только начинают намечаться коллатерали, аксонные и дендритные, у пирамидных клеток средних слоев коры (Чернышевская И. А., 1970).
С этой точки зрения врастание в кору первых локальных зрительных и сенсомоторных афферентных волокон происходит практически па «чистом» фоне и, несомненно, вся последующая эволюция спонтанной активности происходит как следствие двух параллельных процессов развития восходящей афферентации в развитии нервных сетей коры. Последние подготавливают «ловушки» для приходящего снизу возбуждения. Созревание таких «ловушек возбуждения» в коре мозга было показано И. А. Чернышевской (1972) в специальных исследованиях микроструктур. Была выявлена очень четкая закономерность: самые первые «ловушки» созревают от коллатералей аксонов крупных двигательных пирамид V слоя, затем от пирамидных клеток III—IV слоя. Как уже неоднократно отмечалось, именно пирамиды V слоя имеют две особенности: они наиболее рано созревают и в морфологическом, и в функциональном отношении и являются эффекторными клетками. Поэтому особенно важным является факт образования от коллатералей этих клеток самых первых «ловушек» коры. В самом деле, по коллатерали может «откладываться» копия той импульсаций, которая генерируется двигательной клеткой, и это эфферентное возбуждение по ее аксону уходит из V слоя коры. Очевидно, в информативном отношении это — моторная программа действия, «команда», посланная по эфферентному пути. Именно она, вероятно, и откладывается в первичных «ловушках», которые представляют своеобразные «гнезда» 2—3 мелких нейронов, к которым подходит пирамидная коллатераль. У новорожденного кролика можно найти в коре еще очень редкие «ловушки». Следовательно, здесь уже откладывается и хранится копия самых первых возбуждений «первичной команды».



 
« Радионуклидные исследования отдельных органов   Развитие мозга ребенка »