Сверхмедленная биоэлектрическая активность головного мозга в процессах переработки информации в сенсорных системах Филиппов, Игорь Владимирович

Введение к работе

Актуальность. Несмотря на существенный прогресс современной физиологии сенсорных систем, механизмы анализа афферентной информации в ЦНС остаются малоизвестными. По-видимому, это связано с тем, что наибольшее количество данных были получены с использованием методов регистрации быстрой активности, таких как импульсная нейронная активность, быстрые компоненты вызванных потенциалов головного мозга и быстрые ритмы электроэнцефалограммы (Logothetis, 2003). Однако, известно, что в центральной нервной системе (ЦНС) существуют более медленные биоэлектрические процессы, в частности сверхмедленная биоэлектрическая активность (СМБА) - относительно устойчивые или постоянные потенциалы милливольтового диапазона и различные виды сверхмедленных колебаний потенциалов (СМКП) с частотами менее 0,5 Гц (Аладжалова, 1962, 1979; Илюхина, 1977, 2004; Vanhatalo et al., 2005). Следует констатировать, тот факт, что настоящее время значительно расширились исследования СМБА головного мозга. В этих работах раскрыта тесная связь разных видов СМБА с механизмами нейрогуморальной регуляции нормальных и патологических состояний головного мозга (Аладжалова, 1962, 1979; Илюхина, 1977); показана взаимосвязь между подобными очень медленными потенциалами ЦНС и различными процессами метаболизма в ткани головного мозга (Аладжалова, 1979; Швец-Тэнэта-Гурий, 1980, 1986; Фокин, Пономарева, 2003); установлено участие различных видов СМБА в интеграции различных структур головного мозга в функциональные интрацеребральные системы обеспечения различных видов деятельности человека и животных (Бехтерева, 1971, 1988; Илюхина, 1986, 2004). В этой связи важными являются представления о том, что процессы обработки сенсорной информации на различных уровнях ЦНС в большей степени связаны именно с медленными внеклеточными потенциалами головного мозга, чем с быстрыми формами его активности (Logothetis, 2003). К сожалению, в настоящее время существуют лишь единичные сообщения о возможной роли крайне медленных биоэлектрических процессов в механизмах анализа мозгом сенсорной информации (Steriade et al., 1993; He, 2003; Leopold et al., 2003 и др.), либо указанные феномены и их значимость до сих пор остаются неизученными как, например, внеклеточные потенциалы (Bullock, 1999, Илюхина, 2004). Кроме того, детальный анализ литературы показывает, что до сих пор практически неизвестно значение сверхмедленных процессов в центральных представительствах сенсорных систем в механизмах обработки головным мозгом поступающей афферентной сенсорной информации (Bullock, 1999). В то же время, поскольку явление сверхмедленной активности является, очевидно, универсальным для различных отделов головного мозга и существует у различных позвоночных, а значение различных ритмов биоэлектрической активности на уровне таламокортикальных систем представляет важнейший механизм анализа мозгом различных сигналов (Steriade, 2006), изучение вклада сверхмедленных процессов в деятельности центральных представительств сенсорных систем позволит раскрыть новые принципы анализа ЦНС поступающей афферентной информации. До настоящего времени остаются неизвестными механизмы возможных перекрестных таламокортикальных и кортикоталамических взаимодействий с участием перестроек сверхмедленной активности.

Таким образом, неизвестными оставались феноменология, значение и роль целого спектрального диапазона спонтанной биоэлектрической активности головного мозга с частотами менее 0,5 Гц на уровне различных центральных представительств сенсорных систем, которые должны отражаться в динамике сверхмедленной активности головного мозга в диапазоне слабого биоэлектрического сигнала (Илюхина, 2004). Дополнительную актуальность тематике придает возможность использования полученных данных не только для фундаментальной нейрофизиологии, но и в клинической медицине. В частности, полученные результаты можно будет использовать как основу для нормативных показателей при функциональных клинических исследованиях в медицине. Кроме того, полученные сведения позволят дать фундаментальное обоснование широкому клиническому применению метода изучения динамики сверхмедленных процессов головного мозга в качестве адекватной методики оценки функционального состояния подкорково- корковых представительств сенсорных систем. Все это и предопределило актуальность данной проблематики и необходимость проведения настоящей работы.

Цель исследования - выявить и проанализировать амплитудно-частотные характеристики сверхмедленной биоэлектрической активности в таламокортикальных отделах сенсорных систем головного мозга, исследовать механизмы ее влияний на нейрофизиологические процессы переработки сенсорной информации в структурах мозга, входящих в состав зрительной, слуховой и вкусовой систем, определить особенности участия различных частотных диапазонов сверхмедленной активности в процессах переработки информации в указанных представительствах сенсорных систем.

В соответствии с целью работы, задачами исследования явились:

1. Выявление СМБА и ее сравнительный анализ в латеральном коленчатом теле и первичной зрительной коре при действии различных зрительных стимулов (темноты, света и ритмической фотостимуляции).

2. Анализ особенностей СМБА и ее перестроек в латеральном коленчатом теле до и после контактной электрической стимуляции первичной зрительной коры, а также выявление характеристик СМБА в первичной зрительной коре до и после контактной электрической стимуляции латерального коленчатого тела.

3. Выявление СМБА и ее сравнительный анализ в медиальном коленчатом теле и первичной слуховой коре при действии различных звуковых стимулов (тишины и ритмической фоностимуляции).

4. Анализ СМБА и ее перестроек в медиальном коленчатом теле до и после контактной электрической стимуляции первичной слуховой коры, а также выявление свойств СМБА и ее сдвигов в первичной слуховой коре до и после контактной электрической стимуляции медиального коленчатого тела.

5. Сравнительный анализ изменений СМБА в заднесрединном нижнем ядре таламуса и в первичной вкусовой коре при действии химических веществ с различными вкусовыми свойствами (нейтральный, сладкий, соленый, кислый и горький).

6. Анализ динамики СМБА и ее перестроек в заднесрединном нижнем ядре таламуса до и после контактной электрической стимуляции первичной вкусовой коры, а также выявление особенностей СМБА и ее перестроек в первичной вкусовой коре до и после контактной электрической стимуляции заднесрединного нижнего ядра таламуса.

Основные положения, выносимые на защиту. В целом, на основании полученных данных на зашиту выносятся следующие положения:

6. 1. В таламокортикальных представительствах зрительной, слуховой и вкусовой сенсорных систем головного мозга постоянно присутствует эндогенная ритмическая активность в виде сложноорганизованной сверхмедленной активности различных частотных диапазонов: регулярных секунд волн, относительно регулярных многосекундных волн и одиночных нерегулярных минутных колебаний на фоне низких и средних значений градиента постоянного потенциала милливольтового диапазона.

   2. Сверхмедленная биоэлектрическая активность участвует в процессах нейрофизиологической переработки сенсорной информации в таламокортикальных отделах зрительной слуховой и вкусовой сенсорных систем головного мозга через изменения различных частотных диапазонов - секундного, многосекундного, минутного и перестроек градиента постоянного потенциала милливольтового диапазона.

   3. Механизмы нейрофизиологической переработки зрительных, слуховых и вкусовых сенсорных стимулов тесно связаны с характерными перестройками секундного диапазона (0,1-0,3 Гц) сверхмедленной активности, а также с изменением динамики многосекундных волн (0,0167-0,035 Гц).

   4. Сверхмедленные биоэлектрические процессы вовлечены в двусторонние взаимодействия между таламическими и корковыми отделами зрительной, слуховой и вкусовой сенсорных систем, что опосредовано перестройками амплитудно-частотных свойств преимущественно секундного, а в некоторых случаях и многосекундного диапазонов сверхмедленной активности.

   5. Характерные перестройки секундного и многосекундных ритмов таламокортикальных отделов зрительной, слуховой и вкусовой систем при отсутствии изменений минутных волн и градиента постоянного потенциала милливольтового диапазона в различных условиях позволяют предложить концепцию, согласно которой секундные волны связаны с нейрофизиологическими механизмами переработки сенсорной информации и двусторонними таламокортикальными взаимодействиями; многосекундные волны отражают флюктуации уровня возбудимости нейронов этих образований, тогда как минутные волны и градиент постоянного потенциала милливольтового диапазона являются физиологическими эквивалентами метаболических и сосудисто-циркуляторных механизмов обеспечения деятельности указанных отделов ЦНС.

   Научная новизна исследования. В целом, на основании полученных данных впервые выявлены сверхмедленные механизмы обработки и анализа головным мозгом сенсорной информации на уровне различных сенсорных систем (зрительной, слуховой, вкусовой), что можно свести к совокупности следующих положений:

   1. Впервые установлено явление эндогенной ритмической сверхмедленной активности в высших подкорковых и корковых представительствах зрительной, слуховой и вкусовой сенсорных системах головного мозга; впервые в хроническом эксперименте исследована феноменология разных видов СМБА латерального коленчатого тела, медиального коленчатого тела, заднесрединного нижнего ядра таламуса, а также первичной зрительной, слуховой и вкусовой коры, входящих в состав зрительной, слуховой и вкусовой сенсорных систем.

   6. 5. 1. Впервые выявлены характерные, статистически значимые перестройки секундных волн (0,1-0,3 Гц) сверхмедленных колебаний потенциалов в виде существенного нарастания их спектральной мощности в латеральном коленчатом теле и в первичной зрительной коре в темноте, при действии света и при ритмической фотостимуляции, соответственно. Также впервые установлено, что подобные перестройки в виде существенного нарастания спектральной мощности секундных волн возникают в латеральном коленчатом теле после контактной электростимуляции первичной зрительной коры, а также в первичной зрительной коре после контактной электростимуляции латерального коленчатого тела.

         2. Впервые продемонстрированы идентичные, однонаправленные и существенно взаимосвязанные друг с другом изменения многосекундных волн (0,0167-0,04 Гц) в латеральном коленчатом теле и в первичной зрительной коре в виде увеличения спектральной мощности этих волн только в ответ на ритмическую фотостимуляцию, при этом впервые выявлено, что электростимуляция первичной зрительной коры приводила к значимому снижению спектральной мощности многосекундных волн с частотами 0.0167-0.05 Гц в латеральном коленчатом теле, тогда как электрическое раздражение латерального коленчатого тела приводило в первичной зрительной коре к статистически значимому увеличению спектральной мощности многосекундных волн тех же частот.

         3. Впервые выявлены особенности статистически значимых перестроек динамики секундных волн (0,1-0,3 Гц) сверхмедленных колебаний потенциалов в виде существенного нарастания их спектральной мощности в медиальном коленчатом теле и в первичной слуховой коре в ответ на действие ритмической фоностимуляции по сравнению с условиями тишины. Также впервые продемонстрировано, что статистически значимые перестройки динамики секундных волн (0,1-0,5 Гц) сверхмедленных колебаний потенциалов в виде существенного нарастания их спектральной мощности наблюдаются в медиальном коленчатом теле в ответ на контактную электростимуляцию первичной слуховой коры и в первичной слуховой коре в ответ на контактную электростимуляцию медиального коленчатого тела.

         4. Впервые обнаружены стимул-зависимые, статистически значимые изменения секундных волн (0,1-0,3 Гц) сверхмедленных колебаний потенциалов в виде достоверно отличных паттернов их спектральной мощности в заднесрединном нижнем ядре таламуса и во вкусовой коре в ответ на действие различных базовых вкусовых стимулов (нейтрального, сладкого, кислого, соленого и горького). Также впервые установлены характерные, статистически значимые перестройки секундных волн (0,1-0,5 Гц) сверхмедленных колебаний потенциалов в виде существенного снижения их спектральной мощности в заднесрединном нижнем ядре таламуса в ответ на контактную электростимуляцию первичной вкусовой коры и статистически значимые сдвиги свойств секундных волн (0,1-0,5 Гц) сверхмедленных колебаний потенциалов в виде существенного нарастания их спектральной мощности в первичной вкусовой коре в ответ на контактную электростимуляцию заднесрединного нижнего ядра таламуса (по сравнению с их динамикой в первичной вкусовой коре до электростимуляции указанного ядра таламуса).

         5. Впервые изучена зависимость спектральных характеристик многосекундных волн от типа вкусового стимула, что наблюдалось в таламокортикальных отделах вкусовой сенсорной системы головного мозга, которая в целом отличалась слабовыраженным стимул-специфическим характером, однако было установлено значительное снижение спектральной мощности многосекундных колебаний после электростимуляции первичной вкусовой коры в заднесрединном нижнем ядре таламуса, идентичная тенденция снижения спектральной мощности многосекундных волн в первичной вкусовой коре наблюдалась после электростимуляции заднесрединного нижнего ядра таламуса.

         6. Впервые показаны, что уровень постоянного потенциала милливольтового диапазона не претерпевает изменений в таламических и корковых представительствах зрительной, слуховой и вкусовой сенсорных систем головного мозга при действии соответствующих сенсорных стимулов, а также остается неизменным в изученных таламических ядрах после электростимуляции первичных корковых представительств и не изменяется в корковых отделах после электростимуляции изученных таламических ядер, соответственно.

         7. Впервые продемонстрировано, что динамика минутных СМКП (с доминирующими частотами менее 0,004 Гц) не претерпевает изменений в таламических и корковых представительствах зрительной, слуховой и вкусовой сенсорных систем головного мозга при действии соответствующих сенсорных стимулов, а также остается неизменной в изученных таламических ядрах после электростимуляции первичных корковых представительств и не изменяется в корковых отделах после электростимуляции изученных таламических ядер, соответственно.

         8. На основании совокупности полученных в работе данных впервые предложена новая экспериментально обоснованная концепция об участии перестроек динамики СМКП в общих нейрофизиологических механизмах анализа/переработки мозгом сенсорной информации различных модальностей, в соответствии с которой динамические перестройки секундных колебаний потенциалов принимают участие в механизмах обработки и/или кодирования афферентной информации в зрительной, слуховой и вкусовой сенсорных системах; многосекундные колебания, очевидно, связаны с флюктуациями специфической/неспецифической активации подкорковых и корковых представительств этих сенсорных систем, а минутные колебания потенциалов и уровень постоянного потенциала милливольтового диапазона отражают метаболические и/или сосудисто-циркуляторные механизмы обеспечения функциональных состояний этих структур головного мозга.

         Научно-практическая значимость работы. С учетом существующих представлений о сходстве общих принципов строения и функционирования сенсорных систем головного мозга крысы и человека (Волохов, 1968; Оленев, 1987) результаты проведенных экспериментальных исследований могут быть, с определенной долей уверенности, экстраполированы на человека. В связи с этим результаты настоящей работы, а также сделанные на их основе заключения и выводы могут иметь не только фундаментальное, но и прикладное значение для понимания роли и участия сверхмедленной активности головного мозга в механизмах обработки и анализа головным мозгом сенсорной информации на уровне корковых и подкорковых отделов ЦНС. Основываясь на совокупности полученных данных, доказан важный вклад сверхмедленной биоэлектрической активности головного мозга в механизмы обработки информации в центральных представительствах сенсорных систем. Согласно этой гипотезе динамические перестройки секундных колебаний потенциалов принимают участие в механизмах обработки и кодирования афферентной информации в зрительной, слуховой и вкусовой сенсорных системах, многосекундные колебания, очевидно, связаны с уровнем специфической активации подкорковых и корковых представительств этих сенсорных систем стволовыми системами активации мозга, а минутные колебания потенциалов отражают циклические колебания спонтанной активности нейронов или связаны с метаболическими изменениями в ткани головного мозга. В целом, обоснованные в работе конкретные положения могут быть использованы в учебном процессе биологических и медицинских факультетов различных вузов при подготовке специалистов медико-биологического профиля. Кроме того, несмотря на то, что настоящее исследование носило фундаментальный характер, из результатов и выводов этой работы можно выделить ряд важных рекомендаций по конкретному использованию полученных результатов в клинической медицине. Во-первых, рекомендовать широкое применение неинвазивной регистрации сверхмедленных потенциалов головного мозга как важнейшего метода исследования состояний и функций головного мозга в виде обязательного дополнения к широко используемой в клинике методике электроэнцефалографии и изучения вызванных потенциалов. Во- вторых, рекомендовать использование метода регистрации сверхмедленных потенциалов головного мозга секундного и многосекундного диапазонов с поверхности головы человека совместно со стандартными электроэнцефалографическими фото- и фоностимуляторами для оценки и диагностики нормальных и патологических функциональных состояний корковых представительств зрительной и слуховой сенсорных систем головного мозга. В- третьих, рекомендовать представленные в работе направленные перестройки динамики СМКП, в качестве ориентиров и коррелятов для объективной инструментальной нейрофизиологической оценки процессов переработки информации головным мозгом человека. В случае внедрения разработанных положений в клиническую практику, в распоряжении неврологов, психиатров и специалистов по функциональной диагностике ЦНС окажется дополнительный, не слишком дорогостоящий, несложный, надежный и информативный метод оценки функциональных состояний сенсорных систем головного мозга человека.

         Таким образом, результаты проведенных исследований раскрывают новые сверхмедленные механизмы обработки информации в сенсорных системах, остававшиеся неизученными до настоящего времени, а также доказывают участие сверхмедленных колебаний потенциалов в сверхмедленных механизмах обработки информации в зрительной, слуховой и вкусовой сенсорных системах головного мозга. Полученные данные продемонстрировали новые, ранее неизвестные нейрофизиологические механизмы анализа афферентной сенсорной информации в центральных отделах сенсорных систем, что позволяет рекомендовать их как возможную основу для нормативных показателей при функциональных клинических исследованиях в медицине. Кроме того, полученные сведения позволяют дать фундаментальное обоснование широкому клиническому применению метода изучения динамики сверхмедленных процессов головного мозга в качестве адекватной методики оценки функционального состояния подкорково-корковых взаимоотношений и представительств зрительного, слухового и вкусового анализаторов.

         Апробация работы и публикации. Материалы работы доложены и обсуждены на 45 различных Всероссийских и зарубежных съездах, конгрессах, конференциях и симпозиумах. В числе наиболее важных всероссийских научных мероприятий: XVII Съезд физиологического общества имени И.П.Павлова (Казань, 2001 г.); XIX Съезд физиологического общества имени И.П. Павлова (Екатеринбург, 2004 г.); XX Съезд физиологического общества имени И.П. Павлова (Москва, 2007 г.);

         XXI Съезд физиологического общества им. И.П. Павлова (Калуга, 2010 г.); Всероссийская конференция «Организация и пластичность коры больших полушарий головного мозга» (Москва, 2001 г.); Всероссийская конференция «Пластичность и структурно функциональная взаимосвязь коры и подкорковых образований мозга» (Москва, 2003 г.); Всероссийская конференция «Структурно-функциональные и нейрохимические закономерности асимметрии и пластичности мозга» (Москва, 2006 г.); Всероссийская конференция с международным участием «Структурно- функциональные нейрохимические и иммуноцитохимические закономерности асимметрии и пластичности мозга» (Москва, 2007 г.); Всероссийская конференция с международным участием «Современные направления в исследовании функциональной межполушарной асимметрии и пластичности мозга» (Москва, 2010 г.). В числе наиболее важных зарубежных научных конференций: 21-ая летняя школа по изучению головного мозга «Познание, эмоции и вегетативные ответы» (Нидерланды, Амстердам, 1999); Ежегодная всемирная конференция по вычислительным аспектам нейронаук (Бельгия, Брюгге, 2000 г.); Летняя школа Международной организации по изучению головного мозга «Современные подходы к изучению функций ЦНС с использованием электрофизиологических, поведенческих и создающих изображение технологий» (Чехия, Прага, 2002 г.); Международный семинар «Нейронные сообщества» международной организации по изучению головного мозга (Венгрия, Будапешт, 2004 г.); Мировой конгресс по нейротехнологиям (Италия, Рим, 2010 г.).

         По теме диссертационного исследования опубликовано 45 печатных работ, в том числе 15 статей в журналах, входящих в список ведущих рецензируемых научных журналов, рекомендованных ВАК РФ. Из указанных статей - 8 статей опубликовано в отечественных рецензируемых журналах, 7 статей опубликовано в зарубежных рецензируемых журналах.

         Структура и объем диссертационного исследования. Диссертация изложена на 360 страницах машинописного текста и состоит из введения; обзора литературы (глава 1); материалов и методов (глава 2); изложения результатов исследования, состоящего из 6 разделов (глава 3); обсуждения полученных результатов (глава 4); заключения; выводов и списка использованной литературы. Работа проиллюстрирована 37 рисунками и 18 таблицами. Список литературы содержит 700 источников, из которых - 26 отечественных и 674 иностранных.

         МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ (МЕТОДИКА)

         Способы регистрации, отведения и усиления сверхмедленной биоэлектрической активности (СМБА). Регистрация сверхмедленных биоэлектрических процессов предъявляет особые требования к электродам (Vanhatalo et al., 2004, 2005; Tallgren et al., 2005). В последние годы появилось множество работ, в которых твердо установлен факт применимости и абсолютной адекватности металлических электродов для записи СМБА головного мозга (Илюхина, 1977, 1986, 2004; Аладжалова, 1979; Cooper, 1980; Ikeda et al., 1998; Tallgren et al., 2005). В настоящем исследовании применяли долгосрочные золотые интрацеребральные электроды, изготовленные из проволоки (98% золото), изолированные по всей длине фторопластом-2 за исключением рабочей активной поверхности площадью 0.1-0.2 мм². В данной работе использован биполярный способ отведения СМБА, этот способ позволяет исследовать не только локальную динамику СМБА участков головного мозга расположенных между электродами, но и использовать ту же пару электродов для локального электрического воздействия (Илюхина, 1977, 1986, 2004). В настоящем исследовании для усиления и регистрации СМБА были использованы высокоимпедансные универсальные дифференциальные усилители тока типа УУ-93 (производства ЭПМ НИИЭМ РАМН, г. С.-Петербург). Усиленная усилителем СМБА с выходов усилителя подавалась на вход 12-битного аналого-цифрового преобразователя (KPCI-3101, Keithley Instruments Inc., Cleveland, Ohio, USA), который преобразовывал аналоговый сигнал в цифровую форму в режиме реального времени (частота дискретизации 1 Гц) и направлял этот сигнал в персональный компьютер при помощи специализированного программного обеспечения для визуализации, хранения, дальнейшей математической обработки и анализа.

         Подготовка животных к эксперименту. Работа проведена на 90 самцах взрослых нелинейных крыс альбиносов, с массой тела 230-280 гр., содержавшихся весь экспериментальный период в стандартных условиях вивария. Все опыты проведены в строгом соответствии с принципами гуманного обращения с лабораторными животными (директива совета Европейского Союза от 24.11.1986 г., 86/609/EEC). После завершения каждого из экспериментальных исследований осуществлялся забой животных, проводилась их декапитация и осуществлялась морфологическая верификации наличия треков электродов в исследуемых структурах головного мозга в соответствии с существующими методиками (Буреш и др., 1991; Windhorst, Johansson, 1999). Всего проведено 90 исследований.

         Исследования динамики СМБА латерального коленчатого тела и первичной зрительной коры головного мозга крыс при различных уровнях освещения. В этой серии для проведения хронических экспериментов использовали 15 взрослых крыс (n=75 экспериментальных наблюдений) в условиях свободного поведения на бодрствующих животных. Каждому экспериментальному животному первоначально имплантировали (Swanson, 1998) две пары золотых интрацеребральных электродов в дорсальную область левого латерального коленчатого тела (ЛКТ) и в первичную зрительную кору (ПЗК). По прошествии 14 суток с момента имплантации, проводили ежедневные многократные биполярные регистрации СМБА в условиях хронического эксперимента. Исследования проведены в трех различных условиях наблюдения: в темноте (уровень освещенности 0 люкс); при постоянном освещении (уровень освещенности 2000-2500 люкс); при ритмической фотостимуляции (частота 4 Гц, минимальный уровень освещенности 0 люкс, максимальный уровень освещенности 2500 люкс, длительность вспышки менее 4 мс), для чего использовался стандартный электроэнцефалографический фотостимулятор (модель Soneclat от электроэнцефалографа Reega-VIII Mobile, Alvar Electronic, Montreal-Paris, Canada). Указанные сенсорные воздействия предъявлялись экспериментальным животным в соответствии со случайной (рандомизированной) схемой предъявления стимулов.

         Исследования динамики СМБА латерального коленчатого тела и первичной зрительной коры головного мозга крыс до и после соответствующей последовательной контактной электрической стимуляции этих образований.

         В этой серии для проведения хронических экспериментов использовано 15 взрослых крыс (n=75 экспериментальных наблюдений). Проведены многократные биполярные электрические воздействия и регистрации СМБА в условиях хронического эксперимента. Перед регистрацией СМБА первоначально животных легко наркотизировали нембуталом (7 мг/кг, внутрибрюшинно) или уретаном (0,7 г/кг, внутрибрюшинно). Исследования СМБА проведенні в ПЗК до и после контактной электростимуляции ЛКТ, а также в ЛКТ до и после контактной электрической стимуляции ПЗК. Для контактной электростимуляции ЛКТ и ПЗК использовали электростимулятор (модель ЭСЛ-1, СССР) и следующие параметры прямоугольных монополярных электрических стимулов: амплитуда 2 В (80 мкА), частота 100 Гц, длительность одиночного импульса 0.4 мсек, продолжительность одного сеанса электростимуляции 10 секунд.

         Исследования динамики СМБА медиального коленчатого тела и первичной слуховой коры головного мозга крыс при действии различных слуховых стимулов. Для этой серии использовали 15 взрослых крыс (n=75 экспериментальных наблюдений). Каждому экспериментальному животному первоначально имплантировали две пары золотых интрацеребральных электродов (Swanson, 1998) в вентральную область левого медиального коленчатого тела (МКТ) и в первичную слуховую кору (ПСК). По прошествии 14 суток, осуществляли многократные биполярные регистрации СМБА в условиях хронического эксперимента. В этой серии экспериментов перед регистрацией СМБА первоначально животных наркотизировали уретаном (0.7 г/кг, внутрибрюшинно). Исследования проведены в двух различных условиях наблюдения: в тишине (0 дБ) и при ритмической фоностимуляции, для чего бинаурально предъявлялись следующие стимулы - «щелчки» с интенсивностью звука 80 дБ (SPL), частота основного тона щелчка - 2000 Гц, длительность одиночного «щелчка» составляла 60 мс, частота предъявления - 8 Гц. Для чего использован стандартный электроэнцефалографический фоностимулятор и входящие в его комплект акустические системы (модель Soneclat от электроэнцефалографа Reega-VIII Mobile, Alvar Electronic, Montreal-Paris, Canada). Указанные сенсорные акустические воздействия предъявляли экспериментальным животным в соответствии со случайной (рандомизированной) схемой предъявления стимулов.

         Исследования динамики СМБА медиального коленчатого тела и первичной слуховой коры головного мозга крыс до и после соответствующей последовательной контактной электрической стимуляции этих образований. В этой серии для исследования проводили на 15 взрослых крысах (n=75 экспериментальных наблюдений). Применяли многократные биполярные электрические воздействия и регистрации СМБА в условиях хронического эксперимента. В этой серии экспериментов перед регистрацией СМБА первоначально животных наркотизировали уретаном (0.7 г/кг, внутрибрюшинно). Регистрации сверхмедленной активности до и после контактного электрического воздействия проведены в темноте (0 люкс) и в тишине. Исследования СМБА осуществляли в ПСК до и после контактной электростимуляции МКТ, а также в МКТ до и после контактной электрической стимуляции ПСК. Для контактной электростимуляции МКТ и ПСК использовался электростимулятор и те же параметры электрических стимулов, что и в экспериментах со зрительной сенсорной системой. Методические подходы были идентичны тем, которые были обоснованы выше в экспериментах по электростимуляции системы ЛКТ-ПЗК.

         Исследования динамики СМБА заднесрединного нижнего ядра таламуса и вкусовой коры головного мозга крыс при действии различных вкусовых стимулов. В этой серии для проведения хронических экспериментов использовано 15 взрослых крыс (n=75 экспериментальных наблюдений). Каждому экспериментальному животному первоначально проводилась имплантация золотых интрацеребральных электродов (Swanson, 1998) в мелкоклеточную область левого заднесрединного нижнего ядра таламуса (ЗСНЯТ) и в область островковой вкусовой коры (ВК). По прошествии 14 суток, проводились многократные биполярные регистрации СМБА в условиях хронического эксперимента. В этой серии экспериментов перед регистрацией СМБА первоначально животные наркотизировались уретаном (0.7 г/кг, внутрибрюшинно). Исследования проведены в различных условиях наблюдения: при действии нейтрального вкусового раздражителя (дистиллированная вода); при действии раствора, имеющего горький вкус: водный раствор папаверина гидрохлорида (2% раствор); при действии раствора, имеющего соленый вкус: водный раствор хлорида натрия (0.9% раствор); при действии раствора, имеющего сладкий вкус: водный раствор глюкозы (или 10% раствор); при действии раствора, имеющего кислый вкус: водный раствор лимонной кислоты (10% раствор). Указанные сенсорные воздействия предъявлялись экспериментальным животным в соответствии со случайной (рандомизированной) схемой предъявления стимулов.

         Исследования динамики СМБА заднесрединного нижнего ядра таламуса и первичной вкусовой коры головного мозга крыс до и после соответствующей последовательной контактной электрической стимуляции этих образований. В этой серии для проведения хронических экспериментов использовали 15 взрослых крыс (n=75 экспериментальных наблюдений). Проведены многократные биполярные электрические воздействия и регистрации. В этой серии экспериментов перед регистрацией СМБА первоначально животных наркотизировали уретаном (0.7 г/кг, внутрибрюшинно). Регистрации сверхмедленной активности до и после контактного электрического воздействия осуществлены в темноте (0 люкс) и в тишине, в отсутствие действия каких-либо вкусовых стимулов. Исследования СМБА проводились в ВК до и после контактной электростимуляции ЗСНЯТ, а также в ЗСНЯТ до и после контактной электрической стимуляции ВК. Для контактной электростимуляции ЗСНЯТ и ВК использовался электростимулятор и те же параметры электрических стимулов, что и в экспериментах со зрительной и вкусовой сенсорными системами. Методические подходы были идентичны тем, которые использовались в изложенных выше экспериментах по электростимуляции системы ЛКТ-ПЗК, а также МКТ-ПСК.

         Методы анализа динамики сверхмедленной биоэлектрической активности исследованных структур головного мозга. При анализе разных

         видов сверхмедленных процессов головного мозга в настоящей работе учитывали следующие показатели: форму, регулярность и амплитудно-временные характеристики различных видов сверхмедленных колебаний потенциалов (СМКП); дополнительно учитывали знак и величину относительно устойчивой разности (градиента) потенциала милливольтового диапазона, его устойчивость в течение 35-45 мин исследования, пределы вариабельности этих показателей в идентичных структурах в сходных условиях наблюдения у разных животных и у одного и того же животного при повторных многократных исследованиях (Илюхина, 1977; 1986; 2004).

         Анализ динамики сверхмедленных процессов структур головного мозга включал. 1. Выделение фрагментов различных диапазонов СМКП из общей записи сверхмедленных процессов продолжительностью 1024 секунды до смены различных сенсорных стимулов или до контактного электрического воздействия. 2. Выделение фрагментов различных диапазонов СМКП из общей записи сверхмедленных процессов продолжительностью 1024 секунды после смены действия различных сенсорных стимулов или после контактного электрического воздействия на различные структуры головного мозга. Длительность подобных фрагментов составляла: 256 секунд для анализа динамики СМКП секундного диапазона, 512 секунд для анализа динамики СМКП многосекундного диапазона, 1024 секунды для анализа динамики СМКП минутного и многоминутного диапазонов, а также знака, величины и устойчивости устойчивого потенциала милливольтового диапазона. 3. Осуществлен визуальный анализ формы и характера СМКП. 4. Проведен амплитудно- временной анализ СМКП различных диапазонов с применением метода оценки спектральных характеристик различных диапазонов СМКП, основанном на применении алгоритма быстрого прямого половинного преобразования Фурье (при помощи программного обеспечения PSI-Plot 7.5 for Windows, Poly Software International, Inc., NY, USA). Полученные в ходе анализа различных диапазонов СМКП спектрограммы для каждой структуры в различных условиях наблюдения многократно алгебраически усреднялись индивидуально для каждого животного, соответственно, а затем проводилось усреднение спектрограмм для всей группы наблюдения в целом. 4. Исследовались корреляционные связи динамики СМБА между различными изученными структурами головного мозга в сходных условиях наблюдения. При этом вычислялся коэффициент линейной корреляции как между нативной динамикой СМКП в различных структурах, так и между спектрограммами.

         1. Для анализа градиента устойчивого потенциала милливольтового диапазона у разных животных в ходе повторных исследований в однотипных условиях использовался гистограммный метод. В соответствии с методами анализа, предложенными в работах В.А. Илюхиной и соавторов (1977, 1982, 1986, 1990, 2004).

         2. Статистический анализ полученных данных включал построение и аналитическую оценку средних арифметических и ошибки среднего (M±m) для спектральных графиков различных видов СМКП; корреляционный анализ на основе среднего коэффициента линейной корреляции. Статистическая значимость межгрупповых и внутригрупповых отличий оценивалась с использованием однофакторного дисперсионного анализа, проводившегося при помощи персонального компьютера и программного обеспечения (PSI-Plot 7.5 for Windows, ProStat 3.5 for Windows, Poly Software International, Inc., NY, USA). При этом отличия с р<0.05 рассматривались как статистически значимые (Урбах, 1975).

         Похожие диссертации на Сверхмедленная биоэлектрическая активность головного мозга в процессах переработки информации в сенсорных системах

         Переработка информации о признаках сигнала в зрительной системе лягушки Алейникова Татьяна Вениаминовна

         Мультисенсорные механизмы переработки информации в первичных корковых представительствах сенсорных систем головного мозга с участием сверхмедленных колебаний потенциаловПугачев, Константин Сергеевич

         

         Влияние серотонинергического медианного ядра шва на активность септо-гиппокампальной системы при регистрации информацииКудина Татьяна Александровна

         Психофизиологический анализ активности мотивационных систем мозга в норме и при артериальной гипертонии 1-2-й степениГилинская, Ольга Михайловна

         

         Влияние моноамиергических систем ствола мозга на тета-активность нейронов септо-гиппокампальной системы Кутырева Елена Валерьевна

         

         Роль гистаминергической системы мозга в регуляции пик-волновой активности при абсансной эпилепсииСамотаева, Ирина Сергеевна

         

         Роль сенсорно-специфической и сенсорно-неспецифической систем головного мозга человека в генезе вызванной корковой активности Куксова Н.С.

         

         Функциональная активность головного мозга и процессы обучения и памяти при хронической гипокинезии Журавлева Надежда Гириновна

         

         Роль высокочастотной электрической активности мозга-гамма-ритма в процессах восприятия времениСветлик Михаил Васильевич

         

         Сравнительный анализ состояний и физиологической активности хвостатого ядра по данным динамики сверхмедленных процессов головного мозга человека Кирьянова Раиса Евгеньевна