Содержание к диссертации
Введение
1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 10
1.1. Строение глазодвигательной системы 10
1.2. Программирование саккадических движений глаз 22
1.3. Роль базальных ганглиев в работе саккадной системы 31
1.4. Болезнь Паркинсона - естественная модель для оценки роли дофамина в саккадной системе 39
2. МЕТОДИКА 52
2.1. Объект исследования 52
2.2. Порядок проведения исследования 53
2.3. Обработка результатов исследования 56
3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 60
3.1. Анализ параметров саккадических движений глаз правого и левого глаза 60
3.2. Анализ латентных периодов саккадических движений глаз 62
3.3. Анализ времени перемещения взора 70
3.4. Анализ мультисаккадности 76
4. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ 34
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 93
ВЫВОДЫ 96
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 97
- Строение глазодвигательной системы
- Порядок проведения исследования
- Анализ параметров саккадических движений глаз правого и левого глаза
Введение к работе
Актуальность проблемы. Изучение механизмов программирования саккадических движений глаз привлекает внимание многих исследователей (Шахнович, 1974; Подвигин и др., 1986; Шульговский, 2004; Славуцкая и др., 2005; Mayfrank et al, 1986; Fischer, 1987; Hikosaka et al, 2000; Sparks, 2002; Munoz, Everling, 2004; Amador et al., 2006; Brown et al., 2006; Wilimzig et al., 2006). Это связано с тем, что система управления саккадическими движениями глаз имеет сложное многоуровневое строение, и в организации саккад принимают участие такие когнитивные процессы, как внимание, зрительное восприятие, прогнозирование и память.
Одним из способов изучения функционирования саккадной системы является анализ нарушений параметров саккад при различных заболеваниях, таких как болезнь Паркинсона (Базиян и др., 1998; Турбина и др., 2005; Briand et al, 1999; Hikosaka et al., 2000; Kimmig et al, 2002; Yoshida et al, 2002; Chan et al., 2005), прогрессирующий надъядерный паралич (Garbutt et al., 2003), болезнь Альцгеймера (Shafiq-Antonacci et al., 2003), шизофрения (Киренская и др., 2003; Broerse et al., 2001; Fukushima et al., 1994) и др.
В этом контексте, болезнь Паркинсона (БП) - хроническое прогрессирующее нейродегенеративное заболевание, связанное с поражением нигростриарных дофаминергических нейронов и нарушением функции базальных ганглиев (Шток, Федорова, 2002), - может служить естественной моделью для оценки роли дофамина в системе управления саккадическими движениями глаз. С другой стороны, актуальность изучения изменений саккадических движений глаз при БП определяется возможностью разработки методов объективной диагностики и контроля лечения, основанных на анализе параметров саккадических движений глаз (Турбина и др., 2005).
В настоящее время диагноз БП ставится на основании наличия характерных клинических симптомов: гипокинезии, ригидности, тремора и постуральных нарушений (Голубев и др., 2000), которые проявляются только после гибели 60-80% дофаминергических нейронов черной субстанции (Brooks, 2000). Поскольку основным методом лечения БП многие годы было восполнение дефицита дофамина путем назначения препаратов леводопы, клиническая диагностика вполне соответствовала потребностям медицины. В последние годы, в связи с появлением нового класса препаратов, обладающих
2 нейропротекторным действием при БП (некоторые агонисты дофаминовых рецепторов) (Delbarre et al., 1995; Iida et al., 1999; Kihara et al., 2002; Pan et al., 2005), все более актуальной становится как ранняя (доклиническая) диагностика заболевания, так и объективизация контроля эффективности проводимого лечения.
На экспериментальной модели паркинсонизма у обезьян, вызываемого введением нейротоксина МФТП (1-метил-4-фенил-1,2,3,6-тетрагидропиридин), показано, что нарушения саккадических движений глаз выявляются уже на ранних стадиях развития МФТП-синдрома, когда общее состояние животного ухудшается еще незначительно (Терещенко и др., 2002). Эти и другие данные (Чигалейчик, 2001; Турбина и др., 2005; Kimmig et al., 2002) указывают на то, что изменения параметров саккадических движений глаз могут являться одним из маркеров БП, что может быть использовано в клинической практике для повышения качества и надежности ранней диагностики данного заболевания.
В связи с этим, изучение механизмов управления саккадическими движениями глаз у больных паркинсонизмом является актуальным вопросом как нейрофизиологии, так и практической неврологии.
Цели и задачи исследования. Целью данного исследования являлось выявление нарушений в системе управления зрительно-вызванными саккадическими движениями глаз на ранних стадиях БП. Это определило постановку следующих задач:
Сравнить параметры саккадических движений глаз у пациентов с БП и у испытуемых сходного возраста без неврологической симптоматики.
Определить, применение какой из схем зрительной стимуляции позволяет выявить наибольшие изменения в параметрах саккадических движений глаз при БП.
Выявить закономерности изменений параметров саккадических движений глаз у пациентов с БП на фоне лекарственной монотерапии агонистом дофамина.
Рассмотреть возможные механизмы участия дофамина в системе управления саккадическими движениями глаз.
Научная новизна и практическая значимость. Отличительной особенностью данной работы является то, что временные параметры саккадических движений глаз исследованы у пациентов с БП, ранее не
з получавших специфической терапии. Показано, что уже на ранних стадиях БП имеют место изменения параметров саккадических движений глаз. Данные изменения наиболее ярко выражены при предъявлении зрительных стимулов в условиях временной схемы Gap. Установлено, что наиболее информативным и удобным для клинического применения показателем является доля мультисаккад - саккад, при которых зрительная цель достигается не одним, а несколькими движениями глаза. Выявлено, что мультисаккады при БП наиболее часто встречаются среди класса экспресс-саккад
Впервые показано, что применение антипаркинсонического препарата из группы агонистов дофаминовых рецепторов (пирибедила) при БП приводит к уменьшению латентных периодов и снижению доли мультисаккад.
Результаты исследования могут быть использованы в клинической практике для ранней диагностики БП. Данные, полученные на испытуемых без неврологической симптоматики, могут быть использованы в качестве нормативных показателей при изучении БП и других заболеваний, характеризующихся нарушением саккадических движений глаз.
На основании полученных результатов разработан способ определения эффективности лечения болезни Паркинсона (патент РФ № 2285441).
Методические приемы и результаты данного исследования используются при проведении учебно-производственной практики «Электрофизиологические методы в психофизиологии» для студентов 3 курса кафедры высшей нервной деятельности Биологического факультета МГУ, а также при чтении лекционных курсов «Введение в специальность» и «Общая нейрофизиология» для студентов 2 и 4 курсов кафедры высшей нервной деятельности Биологического факультета МГУ.
Положения, выносимые на защиту:
Дефицит дофамина при болезни Паркинсона приводит к нарушению процессов подготовки и выполнения зрительно-вызванных саккадических движений глаз.
Основными изменениями в параметрах саккадических движений глаз при болезни Паркинсона являются удлинение латентных периодов саккад и времени перемещения взора.
Изменение времени перемещения взора при болезни Паркинсона в основном обусловлено увеличением доли мультисаккад (преимущественно среди
класса экспресс-саккад). 4. В результате лекарственной монотерапии агонистом Ог/Оз-рецепторов (пирибедилом) у пациентов с болезнью Паркинсона происходит уменьшение латентных периодов и снижение доли мультисаккад.
Апробация работы. Материалы диссертации доложены на конференции «Опыт интеграции научных исследований НИИ-ВУЗ-клиника», г. Москва, 2004 г., на XIX съезде физиологического общества им. И.П. Павлова, г. Екатеринбург, 2004 г., на Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов-2005», г. Москва, 2005 г., на Всероссийской конференции молодых исследователей «Физиология и медицина», г. Санкт-Петербург, 2005 г., на 14-ой Международной конференции по нейрокибернетике, г. Ростов-на-Дону, 2005 г., на 10-ой Пущинской школе-конференции молодых ученых «Биология - наука XXI века», г. Пущино, 2006 г., на 2-м Международном междисциплинарном конгрессе «Нейронаука для медицины и психологии», Судак, Крым, Украина, 2006 г. Диссертация апробирована на заседании кафедры высшей нервной деятельности Биологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова 19 мая 2006 г.
Публикации. Основное содержание диссертации отражено в 13 печатных работах.
Структура и объем диссертации. Диссертация включает
страниц печатного текста, 21 рисунок и 5 таблиц. Текст состоит из введения,
обзора литературы, описания методики исследования, 4-х разделов,
содержащих собственные экспериментальные данные, обсуждения результатов,
заключения и выводов. В списке литературы название, в том числе
Строение глазодвигательной системы
Саккадические движения глаз - это скачкообразные движения глазных яблок, с помощью которых меняются точки фиксации взора (Ярбус, 1965). При помощи саккад осуществляется быстрая и точная локализация изображения определенной области зрительного пространства на центральном участке сетчатки глаза (fovea). Саккадические движения глаз играют важную роль в целенаправленном поведении, исследовании окружающего мира, и в полной мере развиты только у приматов, включая человека (Шульговский, 2004).
Система управления саккадическими движениями глаз имеет сложное иерархическое строение (Шахнович, 1974; Владимиров, Хомская, 1981; Fischer, 1987; Hikosaka et al., 2000; Munoz, Everling, 2004) и включает четыре последовательных уровня (Подвигни и др., 1986).
Первый уровень глазодвигательной системы выступает как единая эфферентная структура, обеспечивающая выполнение саккад, и включает ядра III, IV и VI пар черепномозговых нервов и наружные мышцы глаза (Подвигин и др., 1986). Глаз человека приводится в движение шестью мышцами, которые составляют три антагонистических пары (верхняя и нижняя, внутренняя и наружная прямые, и верхняя и нижняя косые). Верхнюю косую мышцу иннервирует блоковый нерв (IV пара), наружную прямую мышцу - отводящий нерв (VI пара), а четыре остальные наружные мышцы - глазодвигательный нерв (III пара) (Шульговский, 1993; Sparks, 2002).
Второй уровень глазодвигательной системы объединяет стволовые структуры надъядерного контроля движений глаз. К ним относят ядра ретикулярной формации ствола, структуры моста и некоторые ядра покрышки среднего моста (Подвигни и др., 1986; Шульговский, 1993; Sparks, 2002).
Структуры второго уровня управляют целостными координированными движениями обоих глаз. Их задача состоит в непосредственном запуске саккад с различных входов (верхнее двухолмие, кора больших полушарий, вестибулярный вход и пр.). Кроме того, в их задачу входит функция переключения сигналов, поступающих от различных сенсорных систем мозга (зрительной, вестибулярной), а также координация движений в системе глаз-голова-тело (Подвигин и др., 1986).
На уровне ствола мозга описаны два центра, управляющие горизонтальными и вертикальными движениями глаз (Шульговский, 1997; Sparks, 2002). Центр управления горизонтальными саккадами расположен в ретикулярной формации моста. Здесь выделяют несколько типов нейронов, обладающих пачечным возбуждающим и пачечным тормозным типами разряда (Sparks, 2002). Главная особенность этих групп нейронов состоит в том, что они не образуют компактные группы, а расположены диффузно в парамедианной части ретикулярной формации моста. При обратимой инактивации этой области лидокаином наибольшие изменения наблюдаются при совершении горизонтальных движений глаз в сторону, ипсилатеральную аппликации анестетика. При этом скорость горизонтальных саккад снижается, а их длительность возрастает (Barton et al., 2003).
Порядок проведения исследования
Во время обследования испытуемые находились в затемненной, звукоизолированной, экранированной камере в кресле с подголовником, исключающим движения головы. На расстоянии 57 см от глаз испытуемых располагали светодиодную панель с 5 красными свето диодами (АЛ 307 AM с диаметром 3 мм, составляющие 18 зрительного поля; сила света 0,1-0,15 мкд при 1=10 мА; длина волны 0,62-0,7 мкм), которые использовали для зрительной стимуляции. Один из светодиодов, расположенный в центре светодиодной панели, использовали как центральный фиксационный стимул. Остальные четыре светодиода находились справа и слева, сверху и снизу на расстоянии 6.7 относительно центрального. Их использовали в качестве периферических стимулов,
Длительность экспозиции центрального фиксационного стимула варьировала от 700 до 1000 мс, а периферических стимулов - от 1000 до 1300 мс (с шагом 10 мс). В ходе проведения обследования использовали 3 схемы предъявления зрительных стимулов (Fischer, Ramsperger, 1984; Sparks et al., 2000; Anagnostou, Skrandies, 2001; Zhou, King, 2002; Chan et al., 2005) (рис. 5): Схема I (Gap) - периферический стимул предъявляли после выключения центрального фиксационного стимула с интервалом 200 мс; Схема II (No delay) - периферический стимул предъявляли сразу после выключения центрального фиксационного стимула;
Схема Ш (Overlap) - периферический стимул предъявляли до выключения центрального фиксационного стимула с перекрытием 500 мс,
После выключения периферического стимула с перерывом от 700 до 1000 мс снова включали центральный. Стимулы предъявляли бинокулярно, положение периферических стимулов и схема предъявления стимулов менялись в случайном порядке.:
Испытуемых инструктировали фиксировать взор на центральном фиксационном стимуле, а при появлении периферического стимула - как можно быстрее переместить взор в его направлении. В течение обследования предъявляли 540-648 периферических стимулов. Чтобы снизить утомление испытуемых, зрительные стимулы предъявляли тремя блоками (по 180-216 периферических стимулов), разделенными 5-минутными паузами.
Для автоматизированного предъявления стимулов и регистрации электроокуло граммы использовали комплексную экспериментальную установку под контролем интегрированной системы «CONAN-ra» (Кулаичев, 2002) (рис. 7). Регистрирующий блок установки включал 17-канальный электроэнцефалограф «Nihon Kohden» МЕ-175Е (Япония), аналого-цифровой преобразователь L-154 (L-CARD, Россия) и IBM-совместимый персональный компьютер.
Анализ параметров саккадических движений глаз правого и левого глаза
В дайной работе саккадические движения глаз регистрировали с помощью монокулярной электроокулографической методики, т.е. получали электроокулограмму правого и левого глаза в отдельности. В связи с этим, представляло интерес сравнить параметры саккадических движений глаз правого и левого глаза как в группе пациентов с БП, так и в контрольной группе испытуемых.
Достоверных различий в латентных периодах ни для одного из испытуемых как в группе пациентов с БП, так и в контрольной группе испытуемых получено не было. Время перемещения взора для правого и левого глаза у 5 испытуемых в группе пациентов и у 1 испытуемого в контрольной группе достоверно (р 0.05, критерий Манна-Уитни) различалось. Однако, данные различия находились в пределах погрешности измерения. Поскольку дальнейший анализ данных подразумевал сравнение параметров саккад между двумя группами, а не индивидуально по каждому испытуемому, критерий Манна-Уитни (U-тест) применили для сравнения ЛП и времени перемещения взора в группе пациентов и в контрольной группе.
В таблице 1 приведены средние значения ЛП саккадических движений глаз и времени перемещения взора для правого и левого глаза в группе пациентов с БП и в контрольной группе испытуемых. Согласно полученным данным ни в одной из групп достоверных различий между параметрами саккадических движений глаз правого и левого глаза не выявлено.
Исходя из этого, для дальнейшего анализа использовали параметры саккад только одного, правого глаза.
Таблица 1. Средние значения латентных периодов саккадических движений глаз и времени перемещения взора (Т) с учетом ошибки среднего для правого и левого глаза. «БП» - группа пациентов с болезнью Паркинсона (17 человек), «Контроль» -контрольная группа испытуемых (17 человек). Gap, No delay, Overlap - схемы предъявления зрительных стимулов.
В таблице 2 приведены средние значения ЛП саккадических движений глаз в группе пациентов с БП и в контрольной группе испытуемых. Здесь следует обратить внимание на то, что в обеих группах испытуемых величина ЛП зависит от схемы предъявления зрительных стимулов (в группе «Контроль» F = 883.42, р 0,001; в группе «БП» F = 326.77, р 0.001). Так, введение межстимульного интервала 200 мс в схеме Gap приводит к достоверному укорочению ЛП по сравнению со значениями ЛП в схеме No delay: в среднем на 41 мс в контрольной группе испытуемых (Z = 23.42, р 0.001, критерий Манна-Уитни) и 43 мс в группе пациентов с БП (Z= 15.38, р 0.001, критерий Манна-Уитни). Вместе с тем, появление периферического стимула на фоне центрального в схеме Overlap, вызывает увеличение ЛП: в среднем на 51 мс у испытуемых контрольной группы (Z= 20.78, р 0.001, критерий Манна-Уитни) и 36 мс у пациентов с БП (Z = 10.76, р 0.001, критерий Манна-Уитни). Полученные результаты согласуются с данными многих авторов (Шелига и др., 1991; Fischer, 1987; Fischer et а]., 1993; Anagnostou, Skrandies, 2001; Chan et al., 2005).
