Начало >> Статьи >> Архивы >> Развивающийся мозг

Химическая эволюция восходящих 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

Вопрос о химической эволюции мозговых структур в онтогенезе является особенно интересным: эта эволюция может отражать процесс исторического развития химической специфики мозга и его системной организации.
Основные типы биологически важных биохимических соединений, например актомиазин, ДНК, РНК, фосфолипиды мембран, являются весьма универсальными по своей функции и пронизывает всю филогенетическую лестницу живых существ, начиная от бактерий и кончая высшими млекопитающими (Крене Е. М. и др., 1977). Более того, основные типы «медиаторных» веществ нервной системы являются общими для беспозвоночных и позвоночных животных (Grundfest Н., 1958; Смирнов Ю. Г., Мантейфель Ю. Б., 1968; Herrick С. I., Bullock Т. Н., 1965; Сахаров Д., 1976). Однако, по выражению Е. М. Крепса (1965), «это не значит, что нет видовых и экологических различий, которые нанесены на эту схему». Мы получили данные, дополняющие эти эволюционные представления: в процессе онтогенеза один и тот же субстрат изменяет свою химическую специфичность на разных стадиях созревания.
В наших экспериментах мы сразу обратили внимание на парадоксальный факт, что первичная форма болевой активации коры, гиперсинхронизация, не устраняется аминазином (рис. 21), хотя естественно было предполагать, что она, как и у взрослых животных обусловлена адренергическим субстратом ростральной области ретикулярной формации. Мы предположили, что, может быть, на этой стадии развития еще не созрели специфические рецепторы адренергического субстрата к аминазину. Такое своеобразие «химического» субстрата мозга в процессе развития было уже показано в лаборатории П. К. Анохина: аксолотль на определенной стадии развития свободно плавает в растворе кураре, хотя через несколько дней этот раствор полностью парализует его.
Предполагая незрелость адренергического субстрата у новорожденного, мы решили его «активировать» введением адреналина, однако и в этом случае выявился странный факт: адреналин не только устраняет спонтанную ЭЭГ, но и блокирует появление реакции гиперсинхронизации при ноцицептивной раздражении. Введение аминазина на такой подчеркнутый фон не ликвидирует этих адренергических эффектов (рис. 22).



Рис. 21. Стадийные особенности в созревании адренергического субстрата ретикулярной формации в раннем онтогенезе; отсутствие блокирующего действия аминазина на болевую активацию коры.

А — новорожденный, аминазин не изменяет реакцию гиперсинхронизации ЭЭГ; Б — фон. реакция гиперсинхронизации в коре мозга и болевой ритм в ретикулярной формации в возрасте 3 дней; В — после введения аминазина исчез болевой ритм в ретикулярной формации; Г —реакция гиперсинхронизации в коре только ослаблена, но не блокирована.
Подпись:    Рис. 22. Парадоксальное действие адреналина на спонтанную ЭЭГ кролика в возрасте 6 дней.  λ - фон; Б — на 3-й минуте после введения адреналина кратковременная активация ЭЭГ; И - длительное угнетение ЭЭГ как типичная реакция этого возраста; Г ноцицептивное !•;> сражение не проявляется на ЭЭГ; Д — введение аминазина не снимает этого эф-  ΦΐΊ< та.  Цифры — время в минутах после введения адреналина, нижнее отведение из рстику-  1Ч|)!1ой формации на уровне S. Coll.  Возникают две возможные интерпретации этих фактов. Первая предполагает стадийное своеобразие адренергического субстрата ретикулярной формации новорожденного, в силу которого у него еще «не созрел» рецептор к аминазину. Вторая возможность заключается в том, что природа этой первичной восходящей активации не является адренергической, а в ее основе лежит какой-то другой химический субстрат, вероятнее всего холинергической природы.  Мнения по этому поводу различны.
Так, например, онтогенетические исследования с симпатическим ганглием у кролика привели к заключению, что первичная активность ЭЭГ у новорожденных имеет адренергическую основу. Надо заметить, что этот вывод был сделан только на анализе изменений спонтанной ЭЭГ после введения некоторых адренолитиков, например симпатолина. Модель болевой активации, биологически наиболее зрелой у новорожденных, в рассмотренных опытах не использовалась (Шевелева В. С., 1978). По мнению В. Д. Розановой, специально занимавшейся вопросами химической природы ЭЭГ в раннем онтогенезе у щенков, в первую очередь созревает холинергическая система функционирования мозга.
По нашему мнению, это предположение наиболее верное, так как холинергическая система передачи возбуждений в филогенетическом отношении является более древней, более широко распространенной и универсальной системой связи. Как известно, ацетилхолин в раннем эмбриональном периоде служит тканевым медиатором (Бузников Г. А., 1965, 1967) и только затем, после дифференцировки нервной системы, замыкается в нее и функционирует как передатчик нервных влияний.
Первичность холинергической природы восходящих активирующих влияний подтверждается и характером распределения холинэстеразной активности в раннем онтогенезе (Розанова В. Д., 1966). Эта точка зрения подтверждается и тем обстоятельством, что генерализованная реакция коры, гиперсинхронизация, у рептилий является холинергической по своей природе (Велихова М. Г., 1965). Более того, холинергическая природа постулируется в настоящее время для двух восходящих в кору систем: для восходящей ретикулярной системы и для специфических релейных систем. В лаборатории П. К. Анохина с помощью ионофоретического введения достоверно показано, что сенсорно адекватные для данной зоны коры проекционные системы имеют холинергическую природу своих синаптических окончаний (Олейник Г. Н., 1970; Шерстнев В. Д., 1972), в то время как конвергирующие в эту же зону возбуждения другой модальности имеют нехолинергические медиаторы.
Все эти факты привели нас к предположению, что первичная форма гиперсинхронизированной ретикулярной активации коры мозга новорожденного является холинергической по своей природе. Однако, когда эта форма ретикулярных влияний на кору заменяется дефинитивной формой — десинхронизацией, к холинергическим механизмам добавляются адренергические, участвующие в восходящей активации коры мозга у взрослых животных. На это указывает существование переходной стадии превращения реакции гиперсинхронизации в десинхронизацию на 6—9-й день жизни, когда реакция десинхронизации уже созрела, но еще не блокируется аминазином. Эффект действия аминазина проявляется только с 12-го дня жизни (рис. 23).



Pиc. 23. Изменение химической чувствительности адренергического субстрата ретикулярной формации к действию аминазина в возрасте от 6 до 12 дней.
А - на 6-й день созревает реакция десинхронизации ЭЭГ, однако она еще не блокируется аминазином; Б — на 12-й день жизни реакция десинхронизации блокируется аминазином. Сверху вниз: отведения из зрительной, сенсомоторной и височной коры, ретикулярной формации.

Это прямо указывает на то, что болевая активация коры мозга в этом возрасте приобретает адренергический характер. Следовательно, в процессе онтогенеза, можно проследить четкую эволюцию химической чувствительности активирующих влияний ретикулярной формации на кору мозга от начальных холинергических механизмов к адренергическим. Мы хотели бы обратить внимание на то, что в этом случае, очевидно, не происходит замены одной химической формы на другую, а новые, вновь созревшие адренергические механизмы восходящей активации добавляются к первичным холинергическим.
Существование двух нейрохимических механизмов передачи восходящих активаций ретикулярной формации на кору мозга— адренергического и холинергического — сейчас считается принятым. Аппликация адренохолинолитиков непосредственно на поверхность коры показала, что влияние ретикулярной формации реализуется через два типа синапсов — адренергической и холинергической природы (Анохин П. К., 1968).
Мнение о холинергическом механизме функционирования ростральных областей ретикулярной формации широко принято (Каграманов К. М., 1966; Ильюченок Р. Ю., 1971).
Мы считаем, что в процессе онтогенетической эволюции такое доба1Вление адренергических (механизмов восходящих влияний ретикулярной формации к первичным холинергическим происходит не только на уровне ствола мозга, но и распространяется вплоть до корковых нейронов в соответствии с данными о существовании адренергических и холинергических кортикальных окончаний восходящей активирующей системы ствола в коре мозга (Анохин Π. К., 1968; Ильюченок, 1973; Вальдман А. В., 1974).
Адренергическая система передачи возбуждения обусловливает весьма специфический, быстрый и повышенный общий статус деятельности. Поэтому можно думать, что она приобретает все большее значение у высших представителей беспозвоночных и позвоночных, особенно хищных. Однако эволюционно более древними, исходными медиаторами в центральной нервной системе были, очевидно, холинергические вещества с различными формами активности. Так, например, ацетилхолин у некоторых беспозвоночных (аплизия) обладает весьма универсальными функциями и может осуществлять противоположные процессы: торможения и возбуждения (сейчас это показано и на нейронах коры). Широкое распространение этого медиатора в животном мире и его роль в тканевом обмене эмбрионов создают предпосылки для опережающего созревания этого медиатора и в синаптической передаче мозга низших животных.

Можно думать, что и в нейропиле переднего мозга амфибий и рептилий первичной системой передачи возбуждений является холинергическая система медиаторов. В процессе онтогенеза высших млекопитающих ускоренно развивающийся плексиморфный слой коры мозга новорожденных использует вначале эту старую медиаторную систему. Поэтому рано созревающие аксодендритические синапсы новорожденных, вероятно, функционируют на такой холинергической основе. Затем соответственно срокам появления реакции десинхронизации ЭЭГ в нее врастают адренергические афферентные системы. Таким образом, к старым синаптическим системам плексиморфного слоя добавляется филогенетически более молодая адренергическая система.
Эти соображения могут быть интерпретированы в более широком аспекте в связи с известным положением Dale (1914) о том, что нейрон во всех ветвлениях своего аксона секретирует один и тот же медиатор. В связи с этим можно допустить, что каждая из медиаторных систем — холинергическая или адренергическая, определяющие онтогенетически ранние формы активации коры, могут сохранить однообразие химической природы передатчика на всем протяжении первичной болевой системы, берущей начало в ретикулярной формации и оканчивающейся синаптической системой на корковых нейронах. Очевидное «адренергическое» единство медиаторной природы такой четко очерченной функциональной системы, как болевая, на уровне ретикулярной системы и кортикальных синапсов подтверждает возможность такого представления.
Древность и надежность холинергической организации передачи информации в мозг отражена в холинергической природе передачи от мотонейронов спинного мозга к мышцам через нервно-мышечный синапс. Коллатерали мотонейронов оканчиваются на клетках Реншоу, активность «которых усиливается эзерином и угнетается d-тубокураринам, следовательно, здесь налицо холинергическая медиация, которая подтверждает принцип (DaLe, 1914). Если вспомнить, что в глубоком эмбриогенезе еще на стадии образования нервной трубки уже существует связь аксона «моторного нейробласта» с прилегающим сомитом, ночкой конечности, то становится ясно, что на этой стадии холинергическая медиация до проведения нервного импульса играет стимулирующую роль в -развитии конечности, сопровождает весь процесс се дифференцировки. Проведение нервного импульса как новейшая функция медиаторных систем созревает на более поздних стадиях. Этим достигается специфическая модуляция генома дифференцирующихся мышечных клеток в тонком соответствии со спецификой нервного отростка.
Эти связи генетически детерминированы, их нарушение при денервации мышцы приводит к появлению холинорецептивных участков на поверхности мышечной клетки вследствие резкой активации генома ядра клетки (Посконова М., 1977).
До недавнего времени мотонейроны спинного мозга считались единственным типом холинергических нейронов этого уровня. Как моторный компонент болевой функциональной системы новорожденного эти мотонейроны с их холинергической природой вполне соответствуют предполагаемой холинергической природе стволовых и первичных аксодендритических синапсов в более старом I плексиморфном слое коры. Таким образом, первичная и примитивная функциональная система боли, готовая к моменту рождения, обеспечивается в своих основных частях холинергической нейрохимией. Однако медиаторная природа спинномозговых восходящих болевых трактов (палеоталамический и др.) у новорожденного неизвестна. Возможно, имеет место чередование холинергических и адренергических синапсов (Feld Berg W. at. all, 1951).
Отчетливая «химическая очерченность» синаптических систем на уровне коры, объединенных в специфичную организацию по параметру общности источника возбуждения и медиатора, определяет их функциональную индивидуальность и дифференцирует от других систем даже в случае весьма вероятного пространственного перекрытия этих систем на корковых нейронах. С этой точки зрения химическая монотонность передачи информации из подкорки на кортикальные клетки определяет надежность этого канала связи и неизменность передачи информации через многочисленные пресинаптические ветвления данной системы на корковых нейронах. Это свойство должно быть особенно стабильным для исторически более старых системных организаций. Постсинаптическая мембрана, принимающая эту информацию, напротив, может быть весьма разнообразной в зависимости от места окончания этих волокон на разных клетках или на различных участках одной и той же клетки, что и определяет уровень эффективности пришедшего залпа. Одни клетки могут ответить на него молчанием, в то время как другие изменяют свою активность в различной степени.

В процессе онтогенетического развития мозга имеет место отчетливая гетерохрония в созревании восходящих активирующих влияний ретикулярной формации на кору мозга при болевом, звуковом и световом раздражениях. Из этих трех форм активирующих влияний «врожденной» является только болтай активация коры, созревающая к моменту появления и определяющая биологическое содержание эмоции отрицательного характера (боли, страха, стресса). Боль есть индивидуализированное восприятие и переживание, сопровождающееся реакцией отстранения от вредящего воздействия. Это есть субъективное ощущение как наиболее древнее свойство живых систем к отражению факторов внешнего мира, «с места» оценивать полезное и вредное (П. К. Анохин, 1978).
Как форма субъективно эмоционального отражения внешних воздействий боль содержит генетически детерминированные механизмы, изученные нами, и компоненты, приобретенные в процессе индивидуальной жизни. В отличие от болевой активации коры мозга, составляющей компонент субъективного ощущения, активация коры при стимуляции звуком и светом входит в состав сигнальных форм отражения. Именно этим объясняется их более позднее созревание, так как приобретение стимулом сигнального значения возможно только после полного созревания мозга с формированием полноценного целесообразного поведения. Такая последовательность этих трех типов восходящих активирующих влияний отражает системный принцип гетерохронного развития и точно соответствует особенностям экологии новорожденного. «Звуковая» активация у всех грызунов созревает раньше «световой», так как слух у них — ведущий вид экстерорецепции.
Биологическая значимость такой системной гетерохронии сформулирована П. К. Анохиным как принцип минимального обеспечения функции новорожденного.
Все эти сравнительные данные приобретают особый интерес с позиций концепции системогенеза П. К. Анохина (Анохин П. К., 1949). Основное положение этой концепции состоит в том, что к моменту рождения животного созревают те функциональные системы, которые в соответствии с его экологией обеспечивают ему выживаемость в самый критический период жизни непосредственно после рождения. Такие системы мы обозначили как инвариантные по своему эволюционному генетическому обеспечению и отражают наследственный консерватизм как результат стабилизирующего отбора.
Функциональные системы, которые обеспечивают приспособление данного новорожденного к более поздним условиям жизни, развиваются более медленно и «дозревают» в различные сроки постнатальной жизни. С этой точки зрения созревание ЭЭГ и ее реакции на внешнее раздражение находятся в соответствии с особенностями экологии и выражают особенности реализации генетической программы развития центральных механизмов будущих системных процессов. Очевидно, эти первичные восходящие связи ретикулярной формации и коры мозга отражают тот факт, что созревание первичной стержневой структуры кора—ретикулярная формация происходит задолго до ее реализации в целостном поведении. Дальнейшее созревание коры больших полушарий и ее интегративных функций на более поздних стадиях развития, после 15—20-го дня жизни, происходит одновременно с активным процессом приспособления к внешнему миру.
Так, например, к таким функциональным системам в первую очередь относится ориентировочная реакция — основа всего последующего обучения.
Ориентировочная реакция как функциональная интеграция имеет весьма сложный состав и у кролика появляется только на 18—20-й день жизни. Ее центральный компонент в форме биологической специфической генерализованной активации коры созревает намного раньше как десинхронизация электрической активности коры в ответ на действие пока еще индифферентных для этого возраста раздражителей (звук, свет). Именно этот центральный механизм, как показали наши исследования, и проходит ускоренное развитие в первые дни после рождения. Его важнейшей особенностью является экологическая специфичность. Эта часть всего будущего обучения и приобретенного опыта является врожденной и генетически жестко запрограммированной как первичная форма генерализованной активации всех корковых элементов в соответствии с экологическим значением стимула.
Первичные связи корковых нейронов с ретикулярной формацией-— интегративным центром ствола, весьма зрелым уже к моменту рождения, с самого начала биологически специфические и носят отчетливый видовой характер.

Первое возникающее в онтогенезе генерализованное возбуждение коры — болевая активация. Это важнейший параметр биологически врожденной пассивно оборонительной реакции любого новорожденного на боль. От степени ее зрелости к моменту рождения, ее приспособительного эффекта зависит выживаемость любого новорожденного. У зрелорождающихся видов болевая реакция должна быть совершенно полноценной. Это значит, что консолидация всей оборонительной функциональной системы, включая ее периферические компоненты и такие важнейшие «узлы», как оценка результата с возможностью перестройки программы действия, должны быть полностью консолидированы уже к моменту рождения. Действительно, детеныши морской свинки, зайца, ягнята, цыплята и т. д. способны активно уходить от болевого стимула уже через несколько часов после рождения.

1’нс. 24. Иерархическое развитие в онтогенезе центральных аппаратов болевой функциональной системы на 1-й, 12-й и 20-й день жизни.
ΛΦ - афферентный синтез; ПД — программа действия; Р — результат действия; ПА — |. ушная афферентация,
I й день: реакция интегрируется на стволовом уровне (генерализованные движения). I ’ й день: появляется локальное движение лапой, становится возможной условная связь тук ·-· боль; 20-Я день —зрелая интеграция, вырастающая из двух предшествующих и и· подающая их. Вверху — компоненты ВП, созревающие соответственно этим стадиям.
И наоборот, незрелые новорожденные (кролики, котята, щенята и т. д.) реагируют на боль только криком и общей двигательной реакцией, без локализации боли и без направленного, координированного ее избегания. Следует отметить, что у них достаточно высок и сам порог чувствительности к боли. К моменту рождения у них уже относительно зрелые центральный «афферентный» компонент этой функциональной системы, болевая активация восходящих систем: спинной мозг,
ретикулярная формация, кора, общая некоординированная двигательная активность стволового «генеза». Системная организация двигательного компонента этой реакции происходит позднее, ее консолидация осуществляется постепенно, в процессе постнатального развития. Такое же «дозревание» происходит, как было показано выше, и в центральных структурах «болевой» системы: смена гиперсинхронизации коры десинхронизацией, созревание адренергического субстрата. К моменту завершения этих процессов на синаптическом и химическом уровнях более дифференцированным становится и двигательный компонент этой реакции. Фактически этот компонент формируется в результате обучения в постнатальном периоде, с этой точки зрения он является приобретенным.
Функциональные системы такого типа, созревающие после рождения, в отличие от врожденных систем, в процессе созревания имеют возможность ввести в свои «каркасные» механизмы разнообразные афферентные входы, а также более пластично и совершенно «отточить» свои эффекторные компоненты. Другими словами, в этом случае имеется возможность резко расширить генетически детерминированную «норму реакции». Наиболее пластичной является структура афферентного синтеза функциональной системы, компонентный состав которого определяет уровень точности «принятия решения».
Таким образом, из первичных компонентов еще слабо интегрированной болевой реакции новорожденного в процессе развития консолидируется полноценная функциональная система, защитного поведения, характерного для данного вида и обладающего индивидуальными особенностями (рис. 24).
Важно отметить, что изученный нами онтогенез болевой активации коры больших полушарий определяет важнейшую мотивацию боли с ее защитным смыслом. На высшем уровне психического отражения на основе этих первичных механизмов формируются эмоциональные состояния. С этой точки зрения важно подчеркнуть, что изученные нами в онтогенезе первичные механизмы боли являются генетически детерминированными, наследственными составляющими структуры отрицательных эмоциональных состояний.



 
« Радионуклидные исследования отдельных органов   Развитие мозга ребенка »