Введение к работе
Аістуяльность исследований. Внедрение в клиническую практику истина вживленных электродов для лечения и диагностики ряда нервно-психических заболеваний (Бехтерева н др., ІУ63; Бехтерева, 1971, 1974, 1985) открыло принципиально новые возможности изучения нейрофизиологических механизмов психической1 деятельности человека. Исследования, проведенные в последние голы в рамках этого подхода, покачали, что в активности локальных нейронных популяции ядер зрительного бугра и стриопаллндарной системы закономерно отражаются такие психические пронесем кпк восприятие, опознание, принятие решения (Бехтерева, Бундзен, Гоголицын, 1977; Бехтерева, 1980; Гоголицын, Кропотов, 19Ю). Дальнейший ход развития этого подхода поставил вопрос о поиске нейрофизиологических коррелят системной (распределенной, глобальной) работы мозга человека. Следует подчеркнуть,' что впервые в нашей стране в исследованиях на животных и человеке этот вопрос был поставлен академиком М.НЛивановым в 60-х годах и успешно о течение многих лет разрабатывался его учениками и последователями (Ливанов, 1972; Гасанов, 1981; Стшерсхая. 1987; Павлова, 199П). Была установлена функциональная значимость синхронизации суммарных потенциалов неохоргакса в межсигнальные интервалы для осуществления эффекторных реакций на стимулы. Исследования сопряженности нмпульсацнй взаимоудаленных нейронов немногочисленны и, чтобы ответить на вопрос о том, каким образом интегрируется импульсная активность удаленных точек мозга человека при выполнении психологических тестов, было предложено несколько различных методических подходов, рассматривающих различные аспекты коллективного взаимодействия нейронов и динамики этого ыаимодеиствия (Бундзен, Давид. 1979; Кропотов, І983, 1984; Кроль, Медведев, (982; Гоголиный, Кропотов, 1983; Медведев, Пахомов, 19X9). Использование этих методов показало, что степень корреляционной зависимости между импульсными потоками в пространственно удаленных нейронных популяциях мозга человека отражает определенные аспекты организации психической деятельности. -
Актуальность исследований соотношения активностей взанмоулаленных точек мозга человека обусловлена новыми теоретическими представлениями (Eckhorn и др., 1990, Singer, 1991) о роли синхронизации активности коры мозга животных. Эгн представления основаны на недавно полученных данных о том, что восприятие целостного сенсорного образа сопровождается синхронизацией активности нейронов стриарнои и престриарнон коры, генерирующих лачки импульсов в диапазоне 40 Hz (йгеу, Singer, 1989; Eckhorn et al., 1988; Engel et al., 1991). Предполагается, что в основе процессов, связанных с объединением различных характеристик зрительного образа л
единый целостный перцепт лежат разнообразные явления формирования когерентно работающих нейронных ансамбле)! мозга, расположенных в различных корковых образованиях и колирующих различные свойства (такие как цвет, ориентация, скорость движения) зрительных стимулов.
Актуальность данной работы обусловлена двумя аспектами. Первым является динамический аспект, полризумеваюший изучение динамики корреляционных отношений при восприятии стимулов п инициации ответов на них. Кроме того, (інтегративная деятельность мозга может проявляться как в импульсной активности нейронов, так и в локальных градуальных потенциалах. Эти процессы отражают две взаимодополняющие характеристики информационных процессов мозга. Первый из них предположительно характеризует процессы передачи двоичной (импульсной) информации клетками мозга, а второй - интегрированные синаптические процессы переработки этой информации в нейронных сетях мозга. Таким образом, другим важным аспектом для понимания механизмов переработки информации у человека является необходимость одновременной регистрации этих двух взаимодополняющих показателей жизнедеятельности мозга. Эти два аспекта в изучении механизмов интегратнпной деятельности мозга человека и определили цели исследования.
Цель исследований. Цель исследований заключалась в изучении вызванных
психической деятельностью изменений пространственных корреляционных
взаимоотношений для двух показателей жизнедеятельности мозга: текущей частоты
разрядов нейронных популяций мозга человека и градуального потенциала,
регистрируемых с помощью электродов, имплантированных в различные корковые и
подкорковые структуры мозга. Исследования выполнялись на больных
паркинсонизмом, которым по лечебно-диагностическим показаниям вживлялись электроды в ялра зрительного бугра и стрнопаллндарной системы. Конечная цель данных исследований состоит в нахождении, адекватных показателен информационных процессов мозга, которые позволят осуществлять функциональную идентификацию мест расположения электродов у больных. Таким образом, цели данного исследования имеют как теоретический, так н сугубо практический характер.
Основные задачи исследований. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи.
1. Разработать адекватный психологический тест, при регистрации вызванной активности в котором можно выделить изменения пространственных корреляционных взаимоотношений между нейронной активностью, связанной как с восприятием, так к с формированием ответной реакции.
2. У больных с вживленными электродами в процессе выполнения теста
зарегистрировать одновременно импульсную активность нейронов и внутріїмоіговую
медленноволновую (в диапазоне 1.5-30 Иг) активность.
3. Для анализа вызванных психическими операциями іимененнії
пространственных корреляционных взаимоотношений как между частотами разряда
нейронов, так и между вызванными потенциалами подобрать единообразный
адекватный математический прием.
4. Проанализировать сходство и различие между результатами
корреляционного анализа текущей частоты разрядов и вызванных потенциалов, как
характеристик, отражающих функционирование различных уровней системной
организации головного мозга человека.
Основные положения, выносимые па защиту.
1. Психические процессы при восприятии сенсорных стимулов и инициации
моторных действий вызывают закономерные изменения скоррелированности частоты
разрядов нейронов и скоррелированности градуальных потенциалов пространственно
удаленных точек стрно-паллидо-таламо-кортнкалыюй системы мозга человека.
-
Вызванные изменения скоррелированности частоты разрядов н потенциалов мозга человека качественно отличаются от вызванных изменений соответствующих параметров, т.е. от пернстимульмых гистограмм м вызванных потенциалов. При статистическом анализе веси совокупности пар нейронных популяций слеиеш-скоррелнрованмости частоты разрядов пространственно удаленных нейронов мозга человека уменьшается под влиянием психических нагрузок, в го время как скорректированное градуальных потенциалов возрастает с латентным периодом от 100 до 300 мс. В то же самое время вызванные реакции импульсном актипносш нейронов имеют значительно больше разнообразие и классифицируются как минимум на зри различные группы.
-
Корреляционные связи ретикулярного ядра принципиально отличаются от корреляционных связей внутри стрио-паллидо-таламНческон системы, чю, по-видимому, свидетельствует о другой, по сравнению с данной системой, функциональной роли ретикулярного ядра в процессе переработки информации. Данный результат может быть использован для функциональной идентификации ретикулярного ядра.
Научная новизна результатов.
Впервые проведены систематические исследования вызванных психической деятельностью изменений пространственных корреляционных взаимоотношений
между частотами разрядов нейронов и между градуальными потенциалами различных точек стрно-иаллцдо-таламо-кортнкальноП системы мозга человека.
Впервые показано принципиальное отличие вызванных изменений пространственной скоррелировлнностн частоты разрядов и градуальных потенциалов мозга человека от вызванных реакций соответствующих параметров, что указывает на существование нескольких уровней системной организации нейрофизиологических механизмов психической деятельности человека.
Научно-практическая значимость.
Использующийся в работе методический подход позволил обнаружить закономерности вызванных изменений скоррелнрованности текущей частоты разряда и градуального потенциала, регистрируемых у больных паркинсонизмом с электродов, имплантированных в стрио-паллило-таламическую систему мозги. Полученные оригинальные данные о различиях между вызванными реакциями скоррелированкости текущем частоты раїрядов и вызванных потенциалов, как характеристик, отражающих различные аспекты переработки информации. Важны в теоретическом плане для понимания нейрофизиологических механизмов организации психической деятельности человека. Выявленные особенности скоррелнрованности внутрнмоэговых потенциалов для некоторых подкорковых структур (таких как ретикулярное ядро тиламуса) могут Сыть нспользовпны при идентификации месторасположения электродов, имплантируемых в мозг человека по лечебно-диагностическим показаниям.
Апробация работы. Основные положения диссертации были представлены на: Международном симпозиуме "Восстановительная неврология - 2" В Иркутске (1992), Международном снмлгоиуме "Физиологические и биохимические основы деятельности мозга" в С.-Петербурге (I9W).
Диссертационная работа прошли апробацию на совместной научной конференции отдела экологической физиологии НИИЭМ 1'ЛМН и лаборатории иейробиологин программирования действий Института Мозга Человека РАН 28 сентября 1995 г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 4 работы.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания методов исследований, собственных результатов, их обсуждения, заключения, выводов, списка литературы, включающего 192 источника. Диссертация изложена на 14] странице, иллюстрирована 19 рисунками и 3 таблицами.