Нейрохимические механизмы регуляции функционального состояния мозга

Структуры мозга, участвующие в регуляции функционального состояния мозга, объединены в так называемую неспецифическую систему мозга. В ее состав входят ретикулярная формация (РФ) продолговатого мозга, моста и среднего мозга, неспецифическая система таламуса и неспецифическая система коры. С ними тесно взаимодействуют гипоталамус и базальные отделы переднего мозга, включая структуры лимбической системы.

В неспецифической системе мозга можно выделить две функциональные составляющие: активирующую (вызывающую ЭЭГ-десин- хронизацию и пробуждение) и инактивирующую (синхронизирующую, вызывающую сон) системы.

Важнейшая часть активирующей системы мозгаретикулярная формация ствола, образующая восходящую ретикулярную активирующую систему (ВРАС). Ее патологические нарушения приводят к расстройствам сна и бодрствования, а повреждение — к функциональной бездеятельности коры, вплоть до наступления ступорозного состояния. При полном разрушении этой системы наступает смерть. Ретикулярная формация играет важную роль в пробуждении и поддержании бодрствования, возникновении ориентировочного рефлекса и концентрации внимания, в процессах регуляции сенсорного потока. Через свои функциональные связи с гиппокампом и височной корой она участвует в функциях памяти.

Ретикулярная формация совместно со структурами лимбической системы вовлечена в процессы формирования эмоциональных реакций. Лимбическая система мозга включает в себя ряд образований лимбической коры, обонятельного мозга, гиппокамп, миндалину, передние гипоталамические ядра и др. Благодаря многочисленным связям с другими отделами коры головного мозга она играет большую роль в процессах синтеза афферентных раздражений и формирования сложных эмоциональных реакций. Экспериментальные и клинические данные свидетельствуют о том, что лимбическая система совместно с рядом подкорковых образований и ретикулярной формацией обеспечивает регуляцию сложных биологических реакций организма (поисковую, оборонительную, половую и др.).

Возбуждение РФ может быть вызвано различными адренергическими, холинергическими и ссротонинергичсскими веществами. Так, введение адреналина и норадреналина в боковые желудочки мозга или непосредственно в РФ ствола сопровождается активацией корковых ритмов. Ацетилхолин и холиномиметики при введении в желудочки мозга также вызывают ЭЭГ-активацию.

Для доказательства участия РФ в механизме фармакологической активации этот эффект был изучен у животных с различным уровнем сечения ствола мозга. Исследования показали, что адрено- реактивиые и серотонинореактивные структуры расположены в основном в каудальных отделах РФ. Оказалось, что активирующий эффект адреномиметических веществ при сечении на уровне среднего мозга (cerveau isole) значительно ослаблен, а при прсмезэнцефалическом сечении (выше уровня среднего мозга) исчезает полностью.

Холинореактивные структуры расположены по всей РФ. Однако наиболее мощные восходящие пути берут начало из мезопонтий- ной части РФ ствола. Поэтому при сечении cerveau isole, когда сохраняется ростральная часть РФ ствола, введение небольших доз антихолинэстеразных веществ тал антам и на и эзерина вызывает угнетение ацетилхолинэстеразной активности и ЭЭГ-активацию. При премезэнцефалическом сечении введение этих препаратов в РФ приводит к снижению ацетилхолинэстеразной активности при отсутствии ЭЭГ-реакции активации. Следовательно, для активации коры необходимы активация холинергических структур ростральной части РФ ствола и целостные связи между РФ ствола и корой больших полушарий.

Введение адреноблокирующих средств, например аминазина, в пределах среднего мозга приводит к повышению порогов раздражения РФ, необходимого для возникновения ЭЭГ-активации. Аминазин снимает активацию коры лишь в том случае, если она вызвана раздражением сенсорных афферентов, а не самой ростральной части РФ ствола. I I.K. Анохин также показал блокаду аминазином ЭЭГ-активации, вызванную болевым раздражением. Па основе этих данных был сделан вывод о том, что коллатерали афферентных волокон к нейронам ретикулярной формации медиируются катехоламинами. Таким образом, аминазин блокирует афферентный приток к ретикулярной формации, вызывая электрографическую картину сна.

Приведенные данные доказывают, что ретикулярная формация - химически гетерогенная структура. Следовательно, существует ге- терохимический механизм включения восходящих активирующих влияний.

К настоящему времени определены множественные каналы проведения восходящих активирующих влияний.

  • 1. Пути, проходящие через таламус, его неспецифические, ассоциативные и релейные ядра. Начинаются они от холинергических нейронов РФ ствола, активация которых возбуждает активирующие структуры неспецифического таламуса (интраламинарные ядра со срединным центром). Возбуждение холинергических волокон РФ ствола вызывает также гиперполяризацию нейронов ретикулярного ядра таламуса и деполяризацию релейных нейронов. В результате наблюдается ЭЭГ-десинхронизация (повышается уровень активации нео- кортекса), что способствует увеличению объема и качества сенсорной информации, передаваемой через релейные ядра таламуса.
  • 2. Базальные структуры переднего мозга (медиальное ядро перегородки, ядро диагонального пучка, базальное магноцел- люлярное ядро, безымянная субстанция) имеют большое число ретикулярных входов. Их крупные холинергические нейроны посылают проекции в кору, миндалину, взаимодействуют и с таламокортикальной системой (обнаружен дополнительный вход в кору через таламические структуры), обеспечивая процессы локальной активации. Снижение активности холинергических нейронов структур переднего мозга создает условия для появления медленноволновой высокоамплитудной активности ЭЭГ.
  • 3. Моноаминергические прямые пути от ядер шва, содержащих серотонинергические нейроны, голубого пятна с адренергическими нейронами и вентрального поля покрышки, содержащего дофаминергическис нейроны. Эти пути, минуя таламус, ведут непосредственно в кору, оказывая усиливающее или ослабляющее влияние на активность нейронных ансамблей мозга. Моноаминергические системы мозга принимают участие в регуляции различных форм поведения, оказывая модулирующее влияние на активность неокортекса, архи- и палеокортекса, таламуса и гипоталамуса.

Полагают, что холинергические структуры РФ ствола обеспечивают тоническую деполяризацию нейронов таламокортикальной системы, а в результате — тоническую активацию коры. Тоническая форма активации, как правило, охватывает всю кору больших полушарий, характеризуется определенной длительностью. Только в состоянии тонической деполяризации нейроны способны обрабатывать информацию и отвечать на сигналы, приходящие от других нервных клеток. Моноаминергические нейроны осуществляют скорее фазическую активацию нейронов коры, обеспечивая эффективность передачи тех или иных сенсорных сигналов. Так, через два дня после инъекции в область холинергических структур РФ ствола каиновой кислоты, избирательно разрушающей тела нейронов, на 40-60% уменьшается время бодрствования, и при действии возбуждающих стимулов наблюдалась лишь фазическая десинхронизация ЭЭГ, как результат активации именно моноаминергических структур ствола.

Холинергические структуры ствола мозга принимают участие и в формировании парадоксальной фазы сна. Парадоксальный сон запускается из центра, расположенного в области варолиева моста и продолговатого мозга (нейроны педункулопонтийного тегментального ядра). Поражение этого центра приводит к редукции 11ЕМ-сна, проявляющейся в мышечной атонии и в отсутствии ЭЭГ-десинхро- низации, в то время как медленноволновый сон сохраняется. В экспериментах прямая инъекция карбахолина или антихолинэстераз- ного вещества неостигмина в ретикулярную формацию варолиева моста кошки продлевала парадоксальную фазу сна.

Важнейшей частью регуляторной системы мозга является неспецифическая система таламуса. К неспецифическим ядрам таламуса относят интраламинарные ядра со срединным центром (СМ) и ретикулярное ядро (п. К.). В области интраламинарных ядер особенно выделяют парафасцикулярное ядро, образующее с СМ парафасци- кулярный комплекс (СМ-Р}). Опыты показывают, что комплекс СМ-Р(, получая афферентные волокна от холинергических нейронов переднего мозга и РФ ствола, проводит существенную часть активирующих влияний на кору головного мозга. Так, аппликация в него ацетилхолина облегчает сенсорную передачу в таламических релейных ядрах и способствует переходу от ЭЭГ-синхронизации к десинхронизации. Введение блокаторов мускариновых рецепторов, напротив, подавляет таламическое проведение и десинхронизацию ЭЭГ. Существуют данные, подтверждающие ведущую роль мускариновых холинорецепторов в проведении активирующих влияний на разных уровнях восходящей активирующей системы, от РФ ствола мозга до коры.

Ретикулярное ядро таламуса оказывает синхронизирующее влияние на другие таламические образования. Нейроны этого ядра, содержащие в качестве медиатора ГАМК, формируют длительные TI ICI I на нейронах релейных и ассоциативных ядер таламуса за счет возвратного торможения. Полагают, что n.R. служит модулятором неспецифических влияний и представляет собой механизм фокусировки внимания, открывая один из каналов прохождения сенсорной информации через таламус и подавляя другие.

В целом таламическая неспецифическая система создает локальную активацию коры, обеспечивая процессы селективного внимания, в то время как РФ ствола вызывает генерализованную активацию, захватывающую обширные зоны коры, поддерживая тем самым в мозге определенный уровень фоновой активности.

Сон в конечном счете — также результат процессов синхронизации в кортикоталамических реципрокных путях. Важную роль в его механизмах играет ГАМК-ергическая система: сон может быть усилен благодаря повышению функций ГАМК, п препараты, активирующие ГАМК-систему (бензодиазепиновые снотворные средства и барбитураты), способствуют быстрому его наступлению.

I le менее важен для регуляции функционального состояния мозга гипоталамус. Биологические ритмы, в том числе цикл бодрствование—сон, регулируются нейрофизиологическими механизмами, морфологической и функциональной основой которых служат структуры переднего и заднего гипоталамуса. Низко- и высокочастотное электрическое раздражение преоптической области гипоталамуса вызывает синхронизацию ЭЭГ и поведенческий сон. При этом тормозятся холинергические нейроны переднего мозга и РФ ствола мозга. При раздражении заднего гипоталамуса T. Н. Ониани отмечал эффекты поведенческого и электрографического пробуждения. При этом возрастало содержание норадреналина в коре мозга. Эффект поведенческой активации сохранялся и при премезэнцефали- ческом сечении, когда ЭЭГ-активации не наблюдалось. Полагают, что задний гипоталамус запускает поведенческую активацию, в то время как РФ ствола обеспечивает неокортикальную ЭЭГ-актива- цию. Вероятно, в основе эффекта поведенческой активации лежат механизмы адренергической системы «гипоталамус—кора».

Передний и задний гипоталамус — высшие центры соответственно парасимпатического и симпатического отделов вегетативной нервной системы, и они тесно связаны с серотонинсргическими и норадренергическими ядрами ствола мозга. Комплексное гипоталамическое и ретикулярное воздействие на кору обеспечивает функциональное состояние, необходимое в каждой конкретной ситуации. Нарушение активности и взаимодействия этих механизмов может привести к ряду психических расстройств.

Немаловажную роль в процессах регуляции функционального состояния играет корковый отдел неспецифической системы мозга. Кора головного мозга посредством нисходящих кортикофугальных влияний оказывает модулирующее влияние на неспецифические структуры мозга. Полагают, что импульсация из коры головного мозга регулирует деятельность переключательных систем таламуса с помощью активации тормозных ГАМК-механизмов. Облегчение деятельности таламокортикальной синхронизирующей системы — специфическое свойство орбитофронтальной коры. Стимуляция фронтальных областей коры приводит к снижению активирующих влияний из РФ ствола. Посредством воздействия на РФ и неспецифическую систему таламуса кора осуществляет саморегуляцию своего функционального состояния, повышая или снижая интенсивность восходящих активирующих влияний. Состояние сна, как показали эксперименты, также развивается в результате влияний из орбитофронтальной коры и преоптической области гипоталамуса.

Сенсорное раздражение любой модальности увеличивает количество высвобождающегося ацетилхолина в коре, а локальная аппликация ацетилхолина на кору оказывает возбуждающее действие на 50% корковых нейронов, которое блокируется атропином. Более того, блокаторы мускариновых холинорецепторов устраняют любой вид ЭЭГ-активации. Они легко блокируют ЭЭГ-активацию, вызванную адреномиметиками или серотонином, повышают пороги ЭЭГ- активации на электрическое раздражение седалищного нерва п звуковое раздражение. Аппликация мускариновых холиноблокаторов на кору снимает электрографические проявления реакции пробуждения независимо от природы факторов, активирующих корковые электрические ритмы. На основании этих данных был сделан вывод о том, что конечное звено корковой активации холинергично и передача восходящих активирующих влияний в коре обеспечивается мускариновыми холинорецепторами.

Таким образом, хемореактивные структуры неспецифической системы мозга химически гетерогенны. Благодаря этому изменение уровня активации мозга можно получить при возбуждении различных нейромедиаторных систем мозга. Различие проявлений ЭЭГ- активации при действии фармакологических веществ, вероятно, обусловлено вкладом равных хемореактивных компонентов. Блокада любого из этих видов ЭЭГ-активации возможна мри воздействии специфических для каждой хемореактивной структуры блокаторов. Однако в конечном счете передача активирующих ретикулярных импульсов к коре мозга имеет холинергическую природу, так как конечный корковый синапс восходящих активирующих влияний относится к мускариновым холинергическим синапсам. Поэтому мускариновые холиноблокаторы блокируют любой вид ЭЭГ-акти- вацин.

Контрольные вопросы

  • 1. Что такое функциональное состояние мозга и как его оцепить?
  • 2. Каково участие нейромедиаторных систем мозга в регуляции функционального состояния мозга?
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >