Введение к работе
Актуальность проблемы. Согласно концепции Л.А. Орбели, адаптивно-трофическая функция нервной системы направлена на реорганизацию процессов в организме в соответствии с изменяющимися условиями жизнедеятельности. Такая функция реализуется посредством модуляции регуляторних процессов деятельности клеток, органов и систем с целью перестройки их деятельности для приспособления организма животных и человека к изменяющимся факторам среды. Образующиеся в эволюции новые уровни регуляции надстраиваются над уже имеющимися регуляторными механизмами, подчшия irx в формировании процессов реагирования на изменения внешней среды (Орбели, 1961, 1979, 1982; Карамян, 1967,1974).
Такое реагирование направлено в первую очередь на определение ключевых признаков изменяющейся ситуации: угрожает ли она жизнедеятельности или благоприятна для организма? (Hall, 1936; Gray, 1974, 1982, б). Возможность угрозы, как правило, провоцируя мотивациошюе возбуждение, активирует деятельность лимбической системы, что может проявляться в неустойчивости и неоднозначности реакций, беспокойстве и усилении эмоциональности (Ониани, 1983; Михайлова и др., 2001). Выраженность этих проявлений, обусловленных потенциальной угрозой характеризуется усилением тревожности. В большинстве работ личностная (базовая) тревожность рассматривается как индивидуальное свойство организма, проявляющееся в тенденции связывать новый раздражитель или возникшую ситуацию с преимущественно с потенциальной угрозой. Это свойство присуще не только человеку (Симонов, 1971, 1974; Небылицын, 1976; Спилбергер, 1983; Немчин, 1983; Прихожан, 1998; Ратаиова, Шляхта, 2000), но и животным (Berlyne, 1955; Schonpflug, 1983; File, 1995).
Проявления тревожности у различных животных (у мышей, крыс, кроликов, кошек, собак и представителей других видов) характеризуется большим разнообразием, что привлекает внимание исследователей к изучению этого важного свойства организма. Об актуальности исследований видовой специфичности тревожности свидетельствует интенсивное развитие биологической психиатрии (File at al., 1978, 1985; Кудрявцева, 1991; Августинович и др., 1998; Умрюхин, 1996; Чилингарян, 1999; Калуев, 1994-2005; Ворошша, Середашин, 2000, 2002; Лишша и др., 2001; Blahchard et al., 2003,2005).
Для изучения поведенческих проявлений тревожности у животных весьма продуктивным может оказаться эволюционный подход (Орбели, 1964, 1982), поскольку его адекватное применение открывает перспективу использования полученных результатов не только в физиологии, но и в медицине. Это существенно для понимания патогенеза тревожных расстройств, которые могут граничить с высокой тревожностью. Частая встречаемость тревожных расстройств оправдывает выделение их в самостоятельный класс современных диагностических систем (Александровский, 1993; Попов, Вид, 1997; Смулевич и др., 1999; Шинаев и др., 2000; Акжигитов, 2001). Использование методов эволюционной физиологии позволяет посредством выявления гомологов тревожности изучать ее функции и механизмы у разных видов животных для того, чтобы понять ее эволюционную значимость (Орбели, 1964, 1982; Веселкин, 1999). В этом случае возникает возможность исследования тех черт тревожности, которые невозможно изучать при обследовании испытуемых и пациентов (Зорина и др., 1999; Авгуспшович, 1999,
2002; Argyropoulos, Bell, Nutt, 2001). Важна разработка адекватных подходов, нацеленных на поиск единства методологии в оценке проявлений тревожности и дифференцировании ее выраженности у разных видов животных.
Ранние проявления тревожности начішаются с ориентировочного реагирования. Известно, что в реализации ориенпфовочиого рефлекса важную роль играют нейроны «новизны» пшпокампа, образования миндалины, участки фронтальной коры, клетки гипоталамуса, таламуса и хвостатого ядра (Соколов, 1969, 1981, 1997; Симонов, 1967,1984, 1979, 1997; Ивашщкий, 1971, 1976, 1993, 1999; Судаков, 1977, 1996, 1999; Русалов, 1979; Суворов, 1980, 1994; Миллер, 1973; Schrriber, 1992; Толкунов, 1995; Хасабов, 1996; Чилипгаряп, 1999; Мержанова и др., 2002; Соколов и др., 2002; Шульговский, 1989, 1998, 2003). Однако, до сих пор неясно, каким образом тревожность связана не только с реализацией, но и с угашением ориентировочного реагирования, а также с процессами сна - до сих пор не ясно. Поэтому особого внимания заслуживает изучение нейрофизиологических механизмов тревожности и выяснение их связи с чередованием бодрствования и сна.
Для теоретической и практической сомнологии актуально выяснение связи тревожности с деятельностью синхронизирующих и активирующих процессов мозга, чередование которых сопровождает развитие цикла бодрствование — сон. Изучение этой проблемы актуально для понимания индивидуальных особенностей развития сна, его ритмических проявлений, а также различных нарушений цикла бодрствование - сон (Jouvct, 1962; Ошшани, 1975; Демин, Коган, Моисеева, 1978; Айрапетянц, Вейн, 1982; Илюхина и др., 1984; Коган и др., 1986; Фельдман, 1982, 1985; Шеповалышков, 1986; 1991; Ковальзон, Цибульский, 1984; Ковальзон, 1987, 1998; Grahame-Smith, 1992; Handley, McBlane, 1993; Вейн, Левин, 1996; Ковров, 1996,2001; Илюхина, 1996; Вейн и др., 2003).
Специальное внимание в настоящей работе отводится разработке методического подхода, предусматривающего возможность изучения проявлений тревожности организма в условиях привыкания к повой ситуация (обстановке), когда ориентировочное реагирование уменьшается с понижением бодрствования и переходом к дремоте и сну. Это отличается от известных методов, в которых используются интенсивные раздражители, усиливающие аверсивные ситуации, что, по справедливому мнению А.В. Калуева (1992) более адекватно для изучения стресса, чем для исследования физиологических механизмов тревожности.
Цель исследования. Целью настоящей работы являлось разработка методических подходов и проведение сравнительных исследований нейрофизиологических механизмов личностной тревожности человека и базовой тревожности животных в разных уровнях бодрствования, фазах и стадиях цикла бодрствование - сон.
Задачи исследования.
-
Исследовать особенности структуры ночного сна у лиц с разным уровнем тревожности и выявить информативные признаки электроэнцефалографических стадий, фаз и стадии сна, свидетельствующие о высоком уровне тревожности.
-
Исследовать нейрофизиологические сенсорно-информационные процессы по показателям вызванных потенциалов и изучить сенсомоторные реакции лиц с разным уровнем тревожности в состояшш бодрствования.
3. Исследовать особенности изменения состояния и реализацию основных форм
поведения животных с высокой и низкой базовой тревожностью в цикле
бодрствование - сон.
4. Сформулировать представления о нейрофизиологических механизмах
личностной (базовой) тревожности, с определешіем физиологической значимости
разных уровней тревожности в формировании цикла бодрствование - сон.
Научная новизна результатов исследования.
Выявлены информативные признаки нарушений сна у испытуемых с высоким уровнем тревожности, которые проявляются в увеличении сегментации стадий и фаз сна, укорочении периодов дельта-сна и в увеличении количества спонтанных активаций, что обуславливает существенное снижение эффективности ночного сна.
Описаны особенности зрительно-моторных реакций у испытуемых с высоким уровнем тревожности, которые характеризуются наличием либо более быстрых, либо наоборот более медленных реакций по сравнению с контрольной группой.
Обнаружено, что компоненты зрительных и слуховых вызванных потенциалов у испытуемых с высоким уровнем тревожности отличаются существенным снижением амплитуды и меньшей выраженностью их габитуации.
Установлено определяющая роль раздражения неспецифических ядер таламуса на генерацию «веретен сна» в коре, что может приводить к пролонгации либо к существенной деприващш медленноволновой стадии сна в зависимости от изменения организации стимуляции глубоких структур мозга.
Доказано, что у животных с высоким уровнем базовой тревожности в условиях угашения ориентировочного рефлекса в отличие от животных контрольной группы, сохраняется межрегиональная напряженность активности исследованных корковых и глубоких структур мозга даже после полного угашения рефлекса.
Сформулирована гипотеза, позволяющая рассматривать высокий уровень тревожности как фактор, который имеет важное биологические значение для реализации нейрофизиологических механизмов приспособления организмов к изменениям условий существования.
Приоритет разработанных способов, устройств, полезных моделей и алгоритмов подтвержден семью свидетельствами Госреестра Российского агентства по патентам и товарным знакам (Роспатент).
Основные положения, выносимые на защиту.
Характерные нарушения организации электрической активности мозга во время ночного сна у испытуемых с высоким уровнем тревожности проявляются в существенных изменениях (деформациях) структуры сна. Причина этого кроется в нейрофизиологических процессах затруднения поддержания глубокого сна, а также увеличения переключений фаз и стадий сна за счет высокой сегментации медленноволнового и парадоксального сна. Такая сегментация развивается из-за учащения спонтанных активаций с интенсивными электромиографическими и электроокулографическими реакциями, приводящих к возрастанию бодрствования во сне. Все это в совокупности провоцирует систематическое снижение эффективности ночного сна.
Зрительные и слуховые вызванные потенциалы у испытуемых с высоким уровнем тревожности в состоянии спонтанного бодрствования отличались сниженной на 40 - 50% амплитудой комплексов N1P2 и P2N2. Уменьшение
амплитуд комплексов вызванных ответов у обследуемых с высокой тревожностью выражена слабее за счет низкой начальной скорости габитуации компонентов N1P2 и P2N2 вызванных ответов из-за уменьшения фазических проявлений синхронизирующих влияний, вероятно, неспецифических ядер таламуса, участвующих в генезе компонента N1 вызванного ответа.
Показатели электрической активности различных регионов коры больших полушарий, а также таламуса, гипоталамуса и хвостатого ядра у кошек с высоким уровнями базовой тревожности при угашений ориентировочного рефлекса на индифферентный световой раздражитель демонстрируют устойчиво сохраняемую межрегиональную сопряженность активности корковых и глубинных структур мозга даже после полного утешения рефлекса, что, возможно, обуславливает повышенную готовность их организма к реагированию на новые раздражители.
Обосновывается, что тревожность выполняет роль модулятора взаимодействия организма с окружающей средой. Организмы, которым свойственна высокая тревожность (в том числе латентная) из-за того, что нейрофизиологические механизмы организации межцентральных взаимосвязей мозга находятся у них в состоягаш повышенного напряжения для поддержания постоянной готовности к ответу на новые раздражители, чаще переключаются с целенаправлешюго на малопродуктивное или нецелепаправленное (смещенное) поведение. Это способствует быстрому переключению в реагировании что, возможно, влияет на обострение творческих способности, а также может повышать риск возникновения психосоматических заболеваний и хронической бессонницы вследствие стойкой деформации цикла бодрствование - сон.
Теоретическое и практическое значение работы. Выполненное исследование носит фундаментальный характер. Получены новые данные расширяют и дополняют сведения о нейрофизиологических механизмах организации цикла бодретвоваїше — сон. Комплекс предложенных методик позволяет выявлять особенности проявлений личностной тревожности, что существенно для своевременной профилактики и коррекции возможных нарушений жизнедеятельности организма.
Результаты также реализуются в учебном процессе путем включеїшя в спецкурсы: «Эволюционная физиология сна», «Физиология и патология сна человека», «Психофизиология тревожности». Обобщения результатов и практические рекомендации включены в лекции, читаемые на Всероссийских школах-семинарах и курсах повышения квалификащш физиологов и медиков (Ростов, 2002, 2003; Кисловодск, 2003-2005). Методические разработки и теоретические обобщения работы нашли применение при выполнении (науч. рук. Е.В. Вербицкий) кандидатских диссертаций Топчий И.А. (1997), Газарьян Т.С. (2003) и включены в монографию Вербицкого Е.В. «Психофизиология тревожности» (2003).
Работа выполнена в соответствии с заданиями: единого Заказа-наряда Минвуза СССР и Минобразования РФ (1974 - 2002) №№ государствешюй регистрации: 81021756, 01200102965, 01880046228, 01850081084, 01910144497, 019100444498, 01910044510, 01910044515, 01940007526, 01940007527, 01960004129, 02890010501, 02890010505, 02910041314; научно-технической программы «Автоматизированные системы медико-биологического назначения» (1991-1995) ГК РФ по высшему образованию; научно-технической программы Минобразования РФ «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники»,
подпрограммы 204 «Технологии живых систем» (2000-2002); грантов Российского гуманитарного научного фонда (1997-1998) и Конкурсного Центра фундаментального естествознания Санкт-Петербургского государственного ушшерситета (1996-2000); а также хозяйственных договоров №№: 2323, 2506, 2510, 2582, 2896, 2945/7085, 7015. Все это указывает на высокую теоретическую и практическую значимость представленных в работе разработок.
Апробации работы. Материалы диссертации представлялись на XIV-XIX съездах Всесоюзного и Всероссийского физиологического общества им. И.П. Павлова (1983-2004), на Всесоюзных и Всероссийских с международным участием конференциях по нейрокибернетике IV-XTV (1976-2005), на Международном симпозиуме «Нейробиология цикла бодрствование-сон» (Тбилиси, 1986), на международном симпозиуме «Моделиране и стимулиране на човенеката памят» (Варна, Болгария, 1989), in Ш International Symposium on relations of biological and physicochemical processes with solar activity (Puschino, Russia, 1993), in Second International Congress World Federation of Sleep Research Societies (Nassau, Bahamas, 1995), на Международном Конгрессе психофизиологов (Санкт-Петербург, 1997), in European Congress for Neurosciences, 1998, in 10th Congress of American Sleep Research Societies and American Sleep Disorders Association (Washington, 1996), in Fifth IBRO World Congress of Neuroscience (Jerusalem, Israel, 1999), in V Kongres neurologa (Zlatibor, Jugoslaije, 2001), на XXX Всероссийском совещании по проблемам высшей нервной деятельности (Санкт-Петербург, 2000), па Всероссийских конференциях «Актуальные вопросы сомнологии» (Москва, Санкт-Петербург, 2000, 2002, 2004), на Всероссийской конференции «Актуальные проблемы современной эндокринологии» (Санкт Петербург, 2001), in XVI Yugoslav Epilepsy Symposium with International participation (Belgrade, Yugoslavia, 2001), на Всероссийской конференции «Организация и пластичность коры больших полушарий головного мозга» (Москва, 2001), in Congress Physiologist Yugoslavia (Belgrade, Yugoslavia, 2002), на Международной конференции «Новые биокибернетические и медицинские технологии XXI века для диагностики и лечения заболеваний человека» (Петрозаводск, 2002), на Всероссийской конференции «Компенсаторно-приспособительные процессы: фундаментальные и клинические аспекты» (Новосибирск, 2002), на Междисциплинарных конференциях по биологической психиатрии (Москва, 2003, 2004, Санкт-Петербург, 2005), на Всероссийской конференции «Механизмы синаптнческой передачи» (Москва, 2004), на 1-3 Российских с международным участием конференциях-школах «Сон - окно в мир бодрствования» (Москва, 2001-2003, Ростов-на-Дону, 2005), на 1-м Съезде физиологов СНГ (Сочи, Дагомыс, 2005), на 1-й Всероссийской конференции «Функциональное состояние и здоровье» (Ростов-на-Дону, 2006).
Публикации. Основное содержание диссертации изложено в 60 работах, включая монографию (Изд-во РосГУ, 2003. — 192 с; Рецензии в Журн. высш. нервн. деят. Т 55, № 1, 2005 и в Журн. нейробиол. и биол. психиатрия, № Ц, 2004, l_2004.pdf).
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания методики, результатов исследования, их обсуждения, выводов, списка литературы из 303 отечественных и 134 зарубежных источников. Работа изложена на 357 страницах машинописного текста, иллюстрирована 56 рисунками и содержит 39 таблиц.
