Начало >> Статьи >> Архивы >> Развивающийся мозг

Гетерохронное созревание болевых механизмов восходящих активирующих влияний ретикулярной формации - 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

ГЕТЕРОХРОМНОЕ СОЗРЕВАНИЕ БОЛЕВЫХ СИНХРОНИЗИРУЮЩИХ И ДЕСИНХРОНИЗИРУЮЩИХ МЕХАНИЗМОВ ВОСХОДЯЩИХ АКТИВИРУЮЩИХ ВЛИЯНИИ РЕТИКУЛЯРНОЙ ФОРМАЦИИ НА КОРУ МОЗГА
Известно, что у взрослых животных при ноцицептивной раздражении на ЭЭГ отмечается реакция десинхронизации. После прекращения действия болевого раздражения происходит постепенное восстановление электрической активности (Анохин П. К·, 1958—1968; Агафонов В. Г., 1956).



Рис.. 10. Особенности болевой активации коры мозга новорожденного кролика при ноцицептивной раздражении.
А- синхронизация и гиперсинхронизация ЭЭГ; Б — гиперсинхронизированные колебания в ретикулярной формации; В — продолжение записи и прекращение стимула. Верхняя линия — отметка раздражения.
Здесь и на последующих рисунках сверху вниз — записи ЭЭГ из пунктов, указанных на схеме; нижняя запись — из ретикулярной формации (РФ) на уровне S. Coll; уретановый наркоз, ноцицептивное раздражение задней правой лапки горячей водой (65°С).

Аналогичную реакцию мы ожидали увидеть и в коре новорожденного крольчонка, находящегося под уретановым наркозом. Однако уже в первых экспериментах мы столкнулись с совершенно неожиданным фактом (рис. 10). Вопреки ожидаемому эффекту десинхронизации ЭЭГ, который должен был возникнуть после приложения к задней лапке кролика горячей воды (65 °С), на ЭЭГ новорожденного кролика возникала генерализованная реакция в виде усиления амплитуды и увеличения частоты электрических колебаний по сравнению с исходным  фоном. Эту реакцию мы обозначили как гиперсинхронизацию электрической активности.
Реакция активации ЭЭГ различно выражена в разных областях коры новорожденного. Лучше всего она проявляется в инсилатеральной сенсомоторной коре, что указывает на преимущественность инсилатеральных ретикулярных проекций новорожденного.
Последействие реакции на ноцицептивное раздражение после его многократного применения весьма длительно, что понятно с биологической точки зрения, так как в случае сильного болевого вредящего воздействия привыкание невозможно. Это и проявляется на уровнях центральных синапсов. Кроме того, очевидно, резко повышается и чувствительность кожных рецепторов вследствие ожога кожи. Наиболее четко реакция болевой активации ЭЭГ новорожденного выражена в ретикулярной формации и сенсомоторной инсилатеральной коре.
Следует отметить, что многократное применение раздражения уже на ранних стадиях онтогенеза приводит к спонтанному активированию ЭЭГ. Это можно наблюдать в ретикулярной формации и сенсомоторной коре. Такая «спонтанная» активность может выражаться в увеличении амплитуды отдельных колебаний и даже в появлении «упорядоченных» ритмов у более старших животных. Эти факты указывают на «минимальное» созревание функций ретикулярной формации и корково-ретикулярной реверберации. Действительно, у новорожденного в коре практически отсутствуют нейрональные спонтанные разряды и вовсе нет вызванных ответов.
Невзирая па это, структуры ЦНС реагируют на болевое вредящее воздействие с максимальной мобилизацией всех возможностей данного возраста. На 4-й день жизни можно зарегистрировать регулярный ритм. Особенностью этого ритма является его локальность: он регистрируется только в области ретикулярной формации и еще не распространяется на кору мозга (рис. 11). Вероятно, это отражает новый уровень зрелости ретикулярной формации: способность к длительным тоническим состояниям напряжения своих элементов при болевом возбуждении. Следует отметить, что в этом возрасте, на 4-й день жизни, крольчонок еще совершенно беспомощное существо, слепое, с лапками, разъезжающимися в стороны, без шерсти.

Начиная с 6—8-го дня постнатальной жизни происходят принципиальные изменения в форме активации ЭЭГ, возникающей в ответ на приложение болевого раздражения (рис. 12). В этот период происходит переход от гиперсинхронизированной формы активности к десинхронизации, свойственной взрослым животным, и во -времени это совпадает со структурным созреванием в этом возрасте аксосоматических -синапсов (Ата-Мурадова Ф. А., Чернышевская И. А., 1961, 1966).
Кортикальная активность в ответ на болевое раздражение начинает принимать дефинитивный характер с 6-го дня жизни.



Рис. 11. Опережающее созревание в ретикулярной формации «болевого» регулярного ритма у кролика в возрасте 4 дней (нижний рисунок — продолжение записи). Здесь и далее стрелками отмечены моменты нанесения и удаления болевого стимула.

Этот переход возникает постепенно, и у одного и того же животного можно проследить последовательный переход от синхронизированной активности к десинхронизации в пределах одной и той же реакции на болевой стимул.
С ростом, а следовательно, и по мере функционального созревания животного происходит понижение пороговой чувствительности реакции ЭЭГ в ответ на ноцицептивный стимул (рис. 13).

Рис. 12. Промежуточная форма созревающей болевой активации коры на
6-й день жизни.
А — гиперсинхронизация. свойственная ранним стадиям, переходит в десинхронизацию;
Б — десинхронизация ЭЭГ, типичная зрелая форма болевой активации коры мозга.
Морфологическим субстратом и спонтанной  и
первичной формы проявления в коре мозга восходящей ретикулярной активации являются аксодендритические синапсы плексиморфного слоя коры—остатка «древнего нейропиля переднего мозга амфибий» (Ата-Мурадова Ф. А., 1966). Эта синаптическая система коры является наиболее древней в филогенетическом отношении (см. главу IV), именно ее активность генерирует вызванный потенциал коры новорожденного и весьма своеобразной форме отрицательного низкоамплитудного колебания. Специальная микроэлектродная запись по вертикали сенсомоторной коры в этом возрасте, проведенная в нашей лаборатории (А. А. Янулис, 1968), действительно указала на полное «молчание» вплоть до V слоя двигательных пирамидных клеток. Только здесь впервые появляются редкие одиночные спайки (рис. 14). Они регистрируются только в пункте регистрации вызванного потенциала. Этот факт указывает на четкую закономерность функционального созревания коры но вертикали «колонкой». Из морфологических исследований известна организация коры столбиками (А. В. Антонова, 1971). Такое избирательное и гетерохронное функциональное созревание клеток Беца в онтогенезе соответствует их опережающей все другие тины клеточных элементов дифференцировке, отмечаемой многими авторами.


Рис. 13. Влияние интенсивности ноцицептивного стимула на уровень болевой активации ЭЭГ в раннем онтогенезе. Пороговые стимулы 60° и 62 °С вызывают отчетливую ипсилатеральную реакцию. 68 °С — реакция интегрируется на поведенческом уровне: крик, движение. Активация ЭЭГ продолжается до 2 мин. Во всех случаях наиболее активная формация.


Рис 14. Спонтанная активность клеток V слоя в сенсомоторной коре новорожденного кролика.
А— активные нейроны pегистрируютси только в точке фокуса максимальной активности вызванного потенциала; Б - на стимуляцию реакция нейронов отсутствует, однако происходит учащенно спонтанных разрядов (Янулис А., 1968).

Первичное появление вызванного ответа на «верхушке» такой колонки в I слое может быть следствием избирательного функционального созревания аксодендритических синапсов, преимущественно локализованных на апикальном дендрите клеток Беца. Спонтанная активность нейронов в этом пункте у новорожденного очень слабая, вызванная активность еще отсутствует, однако после нескольких раздражений спонтанная активность нейронов становится более энергичной. Эти же отношения сохраняются и на 3-й день (рис. 15).
У некоторых животных очень слабую реакцию можно наблюдать, когда температура воды достигает 60 °С, и отчетливо выраженную реакцию можно видеть только при температуре 65°С (трехдневный кролик).
При температуре 68°С, когда болевая реакция достигает порога поведенческого проявления, крольчонок пищит, активно шевелится, наблюдаются резкое учащение ритма и увеличение амплитуды колебаний. Эта реакция сохраняется длительное время и после прекращения раздражения.


Рис. 15. Спонтанная активность нейронов поверхностного слоя и в глубине коры. На 3-й день жизни.
А - на глубине 180 мкм; Б — 700 мкм. Еще отсутствует реакция на одиночное раздражение контралатерального седалищного нерва интенсивностью 2 Б, 0,5 мс.

Градуальное нарастание силы раздражения, начиная от пороговых величин по проявлению на ЭЭГ и кончая величинами, которые уже вызывают биологическую, поведенчески интегрированную реакцию животного (крик, движение), не выявляет в картине кортикальной активности каких-либо принципиальных различий. У животных старшего возраста десинхронизация становится доминирующей формой реакции, однако часто в начале реакции учащение исходного фона сопровождается увеличением амплитуды.
На 3—4-й день жизни реакция становится более продолжительной и исчезает одновременно с прекращением ноцицептивного раздражения. У животных более старшего возраста последействие реакции тем продолжительнее, чем старше животное и чем сильнее стимул.
У животных 14—15-дневного возраста реакция десинхронизации имеет весьма дефинитивную форму. Ритмы напряжения в этом возрасте после применения нескольких ноцицептивных раздражений широко иррадиируют но всем корковым отведениям л имеют частоту 4—6 колебаний в секунду.
Поведенческие корреляции. Поведенческая реакция в форме хаотической двигательной реакции, учащения дыхания, иногда крика с резким поднятием головки является отчетливым и элементарно интегрированным приспособительным ответом1 с первых часов после рождения. Эта первичная реакция носит пассивно-оборонительный характер: на крик новорожденного крольчонка, слепого и беспомощного, прибегает мать. В этом возрасте полностью отсутствует активное устранение от боли. Однако ее первичные проявления у новорожденного представляют блок врожденных компонентов будущей разветвленной функциональной системы оборонительного поведения. К моменту рождения этот функциональный блок интегрируется по принципу минимального обеспечения. Ускоренное и избирательное созревание в эмбриогенезе является фенотипическим проявлением активности специфической генетической системы.
Характерная черта этой реакции—высокий порог чувствительности к боли. Это целесообразное приспособление новорожденного к условиям его жизни, так как крольчиха-мать в темной норе среди большого количества пуха давит детенышей.
Эта первичная, еще несовершенная реакция элементарно интегрирована на стволовом уровне и за счет нисходящих активирующих влияний ретикулярной формации на мотонейроны спинного мозга.
Жесткость врожденных компонентов этой первичной болевой системы очевидна; до 15-го дня нам не удалось сделать ее условной (сочетание со светом). Иными словами, нам не удалось ввести в состав ее афферентного синтеза сигнальный ком- понент—свет. Следует оговориться, что эти эксперименты велись не в классических условиях выработки условного рефлекса: целью наших экспериментов было получение «опережающей» реакции на ЭЭГ под легким уретановым наркозом (Анохин П. К., 1968).
Эксперименты показали, что эти две системы возбуждения— зрительный поток восходящих в кору возбуждений от сигнальной вспышки и болевая активация коры из ретикулярной формации, две десинхронизации,— оказались категорическим образом «разнесены» по своим центральным структурам и, возможно, по локализации па корковых синапсах. Это произошло невзирая на то, что -все компоненты безусловной болевой реакции четко проявлялись, т. е. интеграция этой функциональной системы, се структурное и функциональное ядро, оказалась незатронутой наркозом.
По данным литературы, болевые условные рефлексы можно выработать у крольчат только после трехнедельного возраста (Волохов А. А., 1965; Шилягина Η. Н., 1958). В случае, когда безусловным подкреплением является асфиксия, у котят уже в возрасте 4 дней удавалось наблюдать опережающую активацию на ЭЭГ при манипуляциях -подготовки к асфиксии (Голубева Е. А., 1971). Эти приготовления состояли из целого комплекса условных стимулов: вестибулярных, тактильных и др. В нашем случае использовались только световые вспышки—менее значимый стимул для ранних стадий, когда зрительные структуры находятся только в процессе созревания, однако ствол мозга они уже активируют.
Следовательно, до определенного возраста невозможно ввести во «врожденный» афферентный синтез болевой функциональной системы сигнальный компонент.
Можно думать, что в отличие от взрослых животных у новорожденного элементарный афферентный синтез формируется из болевой мотивации и наследственной памяти врожденной защитной реакции. Возникает программа действий, она реализуется и, очевидно, элементарно -оценивается в аппарате акцептора действия, так как животное «затихает» после устранения болевого стимула. При продолжающемся болевом воздействии животное быстро утомляется, перестает двигаться и тоже, таким образом, «затихает». Структуры обратной афферентации уже есть, но они находятся только в процессе формирования: и кожные проекции от -седалищного нерва, и мышечные уже в этом возрасте представлены в коре мозга, однако только на уровне I слоя, аксодендритическими синапсами. Очевидно, на этой стадии кортикальный компонент реакции еще не включается в поведенческую реакцию. Он весь для «будущего». Поэтому невозможна перестройка «программы» действия для активного достижения приспособительного эффекта.
В своей афферентной части эта болевая реакция организована в основном за счет кожных болевых рецепторов с высоким порогом чувствительности. Именно этот фактор — очень высокий порог (70°С), по нашему мнению, указывает на включение «болевого» рецепторного входа, а не температурного. Температурные рецепторы с более низким порогом участвуют, вероятно, в реакции активации коры и, следовательно, в какой-то степени облегчают весь восходящий путь через спино- таламические тракты ретикулярной формации до аксодендритических синапсов коры I слоя.
В этом возрасте кора мозга получает очень мало активирующих возбуждений, практически ограниченных болевыми и, вероятно, пищевыми возбуждениями. Можно сделать вывод о том, что это афферентации поступает на первичные входы пирамидного нейрона и аксодендритические, аксосоматические входы. В результате интегрирования этих ранних возбуждений в нейроне возникает его разрядная деятельность, вначале модулирующая только спонтанную активность, а по мере созревания и вызванную, в форме четких пачек импульсов. Микроэлектродные исследования А. А. Янулиса (1968) подтверждают эти соображения (см. рис. 14, 15).
Возникает вопрос, куда могут адресоваться эти самые первые разряды двигательных пирамидных клеток V слоя — «командные» посылки из незрелой коры новорожденного. Ведь в зрелом мозге именно клетки V слоя формируют паттерн моторной программы как итог системных процессов принятия решения. Эта «команда» адресуются к мотонейронам спинного мозга и отсюда — к периферическим исполнительным органам. По нашему мнению, они еще не достигают мотонейронов спинного мозга и, таким образом, еще не формируют двигательной реакции под кортикальным контролам. Действительно, аппликация стрихнина на кору мозга в первые 1—3 дня после рождения вызывает не стрихнинные спайки, а негативные колебания типа вызванных ответов. Мы никогда не наблюдали в этом возрасте периферических судорог. Более того, даже значительная механическая травма коры полушарий в результате внутриутробного экспериментального разрушения в раннем онтогенезе не вызывает двигательного компонента эпилептической активности, хотя на ЭЭГ она достаточно выражена.
Эти соображения заставляют думать, что наиболее рано созревающие кортико-фугальные пути не входят в состав пирамидного тракта, а оканчиваются, вероятнее всего, в ретикулярной формации ствола. Таким образом, в условиях общей обедненности коры афферентными и эфферентными функциями ее наиболее рано созревающие афферентно-эфферентные структуры с самого начала созревают как функциональный комплекс с ячейкой для хранения копий команды.
У взрослых животных они были четко идентифицированы в экспериментах с регистрацией антидромной активности пирамидного тракта (Правдивцев Ю., 1968; Фельдшеров Ю. Г., 1967). В коре взрослых животных эти образования интерпретируются как структурные компоненты акцептора действия, аппарата сличения посланной команды с возвращающимися обратно результатами действия (Анохин Π. К·, 1968—1972), параметрами результата. Совершенно очевидна информативная сложность такого аппарата, которая, вероятно, определяет на структурном уровне его морфологическую сложность.
Можно думать, что конечная дефинитивная сложность этого аппарата «требует» его длительного развития и, следовательно, его ранней закладки в эмбриогенезе коры. Трудно предположить, что в своем первом выражении в коре новорожденного он уже выполняет функцию сличения. Несомненно, что такая своего рода «презумпция» акцептора действия может играть существенную роль в морфологических процессах созревания корковых структур как очаг повышенной активности, создающий значительные градиентные отношения. Последнее очень существенно для ориентации огромного числа растущих аксонов коры (и афферентных, и ассоциативных). В этом смысле они должны играть роль своеобразных «узлов» в создании ассоциативных нервных сетей развивающейся коры, своеобразных центров конвергенции ассоциативных кортикальных волокон.
В результате такого конвергентного роста различных аксонов постепенно создается структурная основа аппарата акцептора действия с обогащением его на каждом этапе развития новыми возбуждениями.



 
« Радионуклидные исследования отдельных органов   Развитие мозга ребенка »